Я. И. ГАВРИЛОВ
В. A. MHAIIAKAHOB
Издательство
•ТРАНСПОРТ-

Я И ГАВРИЛОВ
В А. МНАЦАКАНОВ


C1U м пулвс нымии
пргЪбр а зова^ел я ми
МСЮКВА ’ТРАНСПОРТ” 1986
УДК 629 45 064 5 + 629 432
Гаврилов Я. И.. Миацаканов В. А. Вагоны метрополитена
с импульсными преобразователями. — М: Транспорт, 1986. 229 с.
Рассмотрены принципы работы импульсных преобразователем
постоянного тока, схемы силовых цепей, технические характе-
ристики и тягово-знсргетические показатели отечественных и за-
рубежных вагонов метрополитена. Представлены результаты испыта-
ний вагонов и тяговых машин. Приведены схемы силовых
цепей и технико-экономические показатели зарубежных вагонов
с асинхронными тяговыми машинами
Книга предназначена дли инженерно-технических работников
метрополитенов. Она может быть полезной широкому кругу
читателей, связанных с разработкой, испытаниями и эксплуата-
цией вагонов метрополитена
Ил 81. табл 44. библиогр. 37 назв
Рецензент д-р техн, наук В. Д. Тулупов
Заведующий редакцией НВ Зенькович
Редактор Н. А. Голованова
3604000000-242
Г -------------- 60-86
049(01 )-86
© Итд«телшстио «Транспорт». I9R6
ОТ АВТОРОВ
Можно с уверенностью сказать, что метровагоностроение
ступает в качественно новый этап своего развития. На смену
традиционным реостатно-контактным системам регулирования тя-
гового привода, существующим уже около 50 лет, приходят
новые системы бесконтактного тиристорного управления тяговыми
машинами Применение этих систем позволяет значительно
повысить надежность работы электрооборудования вагона благо-
даря обеспечению более гибкого управления тяговыми машинами
и резкому сокращению числа контактных аппаратов. Использова-
ние на вагонах метрополитена электронных аппаратов, имеющих
блочную конструкцию, и устройств диагностики неисправностей
обусловливает снижение трудоемкости работ по их обслужи-
ванию. Принципиально новая система управления тяговыми
машинами с использованием полупроводниковых регуляторов
напряжения и тока возбуждения тяговых машин позволяет
применять рекуперативное торможение, при этом улучшаются
динамические показатели вагонов, сокращается расход электро-
энергии на тягу.
В нашей стране опытные образцы вагонов с импульсным
регулированием напряжения тяговых машин постоянного тока
начали разрабатываться в 1967 г. В 1972 г. прошел испы-
тания и был передан в эксплуатацию поезд из шести вагонов
Ей с безреостатным пуском, оборудованный системой импульсного
регулирования В 1975 г. вступил в эксплуатацию поезд из
вагонов Еир с безреостатным пуском и рекуперативно-реостатным
торможением.
Проходит испытания вагон И с безреостатным пуском и реку-
перативно-реостатным торможением Несмотря на определенные
успехи, достигнутые в разработке этих вагонов, их внедрение
до настоящего времени не осуществлено. Причины этого
состоят в следующем. При разработке вагонов метрополитена
с импульсным регулированием до сих пор отсутствовал
комплексный подход в решении поставленной задачи. Фактически
осуществлялась разработка тиристорных импульсных регулято-
ров, а не электрооборудования вагона метрополитена в целом.
Это приводило к тому, что, с одной стороны, вагоны оснащались
самым современным полупроводниковым оборудованием, а с дру-
гой на них использовались традиционные релейно-контакторные
системы управления режимами движения с большим числом
силовых контакторов и тяговые машины, предназначенные для
работы на вагонах с реостатным пуском.
Искусственное объединение на одном вагоне современного и
морально устаревшего оборудования на базе традиционного
подхода к формированию схемы силовых цепей вагона прин-
з
ципнально не могло привести к повышению надежности работы
вагона и значительному улучшению его динамики, что факти-
чески и задерживало внедрение новых вагонов. Однако создание
опытных вагонов с импульсным регулированием имело и свои
положительные стороны. Длительная эксплуатация вагонов типов
Ен и Еир позволила:
в деталях отработать возможные режимы работы тиристорного
регулятора напряжения и полупроводниковых элементов схемы
силовых цепей вагона;
выявить особенности работы тяговых машин при использо-
вании импульсных регуляторов;
установить оптимальный алгоритм управления преобразовате
лем;
оценить эффективность зашиты электрооборудования вагона
и наметить пути ее усовершенствования;
разработать основные принципы построения схемы силовой
цепи вагона;
получить необходимые данные для создания единой системы
управления вагоном совместно с автоведением и системой
безопасности движения.
В настояшее время имеются все предпосылки для создания
вагона метрополитена с импульсным регулированием, отве
чающего современным требованиям и имеющего лучшие по-
казатели по динамике, надежности, удельному расходу электро
энергии и эксплуатационным затратам по сравнению с серийными
вагонами.
В книге сделана попытка обобщить опыт разработки и экс-
плуатации вагонов метрополитена с импульсными регулято-
рами напряжения и тока возбуждения. Приведенные материалы
по вагонам ЕжЗ, 81.714, 81.717 и опытным вагонам Ен, Еир, ЕНВ,
И, Им отражают большую работу, направленную на создание
современного вагона метрополитена с асинхронными тяговыми
машинами.
В последних главах книги кратко изложен зарубежный
опыт создания вагонов метрополитена.
Все пожелания и замечания будут приняты с благодарностью.
Просьба направлять их по адресу: Москва. 103064, Басманный
туп. 6а, издательство «Транспорт».
Глава I
ПРИНЦИПЫ УПРАВЛЕНИЯ ТЯГОВЫМИ МАШИНАМИ
ВАГОНОВ
1. Общие сведения
Электроподвнжной состав (э.п.с) метрополитенов эксплуати-
руется на линиях с короткими перегонами между станциями при
сравнительно высоких эксплуатационной и технической скоростях.
Достичь значительных скоростей движения при ограниченных
размерах перегонов возможно только в том случае, если
э.п.с. обладает высокими динамическими показателями и способен
развить соответствующие ускорения при пуске и замедления при
торможении. Максимальные значения этих показателей ограниче-
ны предельными при заданных условиях движения силами тяги
и торможения, которые лимитируются в зоне низких и средних
скоростей условиями сцепления колеса с рельсом, а в зоне
высоких скоростей — условиями, необходимыми для обеспечения
надежной работы тяговых машин |||.
Пусковые диаграммы вагона метрополитена представляют
собой зависимости скорости движения v вагона от среднего
значения тока /яср в обмотке якоря тяговой машины (рис. 1 ,а)
и скорости и вагона от усредненной силы тяги Fa., развиваемой
тяговой машиной на ободе колеса вагона при пуске (рис. 1.6).
На участке ВС пусковой диаграммы и (Л‘„) (ломаная линия 5)
сила тяги FM значительно превосходит сопротивление UZn/г дви-
жению (линия <?), где z — число тяговых машин в поезде,
что позволяет реализовать максимальные при разгоне поезда зна-
чения ускорения, которые для вагонов метрополитена составляют
1.2—1,4 м/с2. Имеется возможность повысить максимальное
ускорение на 25—30% путем увеличения сил тяги до предельных
значений (линия 6), которые ограничиваются условиями
сцепления колеса с рельсом. Однако это не используется,
так как связано с большими усложнениями систем управ-
ления вагонами и не приводит к заметному сокращению времени
разгона поезда.
По мере увеличения скорости движения поезда его ускорение
уменьшается, что объясняется уменьшением силы тяги (участок
СЕ, рис. 1,6) и увеличением сопротивления движению В точке
5
Е’ ускорение становится равным нулю, и движение поезда
продолжается с установившейся скоростью у)СГ.
Регулирование скорости движения у. км/ч. вагона и силы
тяги Гдв, Н, тяговых машин в процессе пуска вагона
с целью обеспечения необходимых ускорений осуществляется
путем изменения напряжения и магнитного потока тяговых
машин, что следует из выражений [2]:
(1)
е=3,6лОл/р;
Ч..СЕ» ф/ _ 36ЧПЛЛ,
лО *	v
(2)
(3)
где п — частота вращения якоря тяговой машины, об/с;
U„ напряжение на зажимах машины. В;
суммарное сопротивление обмоток двигателя, Ом;
Ф — магнитный поток в воздушном зазоре тяговой машины, приходящийся
на один полюс, В б.
С₽ — постоянный коэффициент, зависящий от параметров машины;
О диаметр окружности катания ведущего колеса, м;
р — передаточное отношение зубчатой передачи, связывающей машину с ко-
лесной парой;
Чг — коэффициент полезного действии передачи;
ЛР« — магнитные и механические потери в машине, Вт.
На участке СВ пусковой диаграммы (см. рис. 1,а)
скорость регулируется изменением напряжения (Л. на зажимах
двигателя при коэффициенте ослабления возбуждения р =
= /,//„=!„ где /. — ток возбуждения тяговой машины. Напря-
жение Uu регулируется таким образом, чтобы по мере увеличения
скорости v поддерживать неизменными ток /я = /я )СТ в обмотке
якоря и силу тяги машины.
Напряжение U„ можно регулировать следующими способами:
изменением сопротивления пускового резистора, включенного
последовательно с обмотками тяговой машины, изменением
числа т последовательно включенных тяговых машин и с помощью
преобразователен напряжения в цепи питания тяговых машин.
При регулировании Ult изменением сопротивления пускового
резистора в сочетании с перегруппировкой тяговых машин или
преобразователем напряжения U лл изменяется от U л»тй,
соответствующего начальной точке 4 пусковой диаграммы, до
UUm„=U„ №l>u = U/m, где U — напряжение в контактном рельсе.
В точке С пусковой диаграммы регулирование напряжения
= тм заканчивается. Если дальнейший разгон тяговых
машин осуществлять при m„=const и 0=1, то это приведет
по мере увеличения скорости движения к значительному умень-
шению тока /я (кривая /), силы тяги (кривая 4} и ускорения.
Для реализации больших значений силы тяги применяют
регулирование коэффициента 0, а следовательно, магнитного
потока тяговых машин.
На участке СД пусковой диаграммы значение 0 изменяют от
0=1 до 0 = 0т,„, тем самым обеспечивая увеличение скорости
движения при сохранении неизменным среднего значения тока
в обмотке якоря и реализации больших тяговых усилий (участок
СД на рис. 1,6), чем при разгоне с 0 = I по характеристике полного
возбуждения тяговой машины (кривая 4).
Коэффициент 0 регулируют двумя способами: изменением
числа витков обмотки возбуждения, которую выполняют секци-
онированной, или шунтированием обмотки возбуждения резисто-
ром, сопротивление RIU которого регулируют ступенчато или
плавно. Коэффициент ослабления возбуждения тяговой машины
последовательного возбуждения
0 = ₽-/(*.+ /?.).
где R, сопротивление обмотки возбуждения
Минимальное значение коэффициента 0m,„ ослабления возбуж-
дения двигателя ограничивается потенциальными и коммута-
ционными условиями на коллекторе тяговой машины В связи с
этим регулирование 0 в точке Д диаграммы заканчивается и
дальнейший разгон тяговой машины продолжается по характе-
ристике ДЕ, называемой естественной характеристикой ослаб-
ленного возбуждения тяговой машины (см. рис. I ,а и 6).
Работа тяговых машин на характеристике ослабленного
возбуждения по времени составляет значительную часть в
периоде разгона э.п.с. до максимальной скорости движения,
поэтому реализация на этом участке диаграммы предельных
значений силы тяги может дать заметный выигрыш в сокращении
длительности разгона даже при сравнительно небольшом
увеличении силы тяги. На отрезке СЕ пусковой диаграммы
ускорение, с которым происходит движение э.п.с. на горнзонталь-
7
ном участке, уменьшается от 1,2—1,4 м/с2 (точка С) до 0,2—
0,3 м/с2 (точка £).
В начальной стадии пуска силу тяги ограничивают по
условиям обеспечения комфорта перевозки пассажиров и предот-
вращения удара в зубчатой передаче Плавное трогание состава
с места при пуске происходит в том случае, если начальное
ускорение не превосходит 0,2 0,3 м/с2. Переход к предельным
ускорениям производят с ограниченным приращением ускорения
до 0,6 м/с3 (участок АВ), чтобы исключить отрицательные
воздействия на пассажиров.
Ограничение начального значения силы тяги (точка А) на
уровне, который примерно в 6—8 раз меньше предельно
реализуемого значения (участок ВС), осуществляется путем
соответствующего выбора начального пускового тока I» и коэф-
фициента Рп ослабления возбуждения. Начальный пусковой ток
в цепи обмоток якорей тяговых машин примерно в 2—3 раза
меньше среднего значения тока в обмотках якорей на участке
ВД пусковой диаграммы.
Аналогично пусковому режиму при электрическом торможении
скорость движения и тормозное усилие регулируют изменением
коэффициента регулирования возбуждения тяговых машин,
работающих в генераторном режиме, и напряжения на их
зажимах.
2. Реостатно-контакторное управление
Реостатный пуск. При включенном в цепь обмоток машин по-
следовательного возбуждения пусковом резисторе напряжение
на зажимах одной тяговой машины ограничивается значением
(Л.	-/.#„)/«,	(4)
где /?„ — сопротивление пускового резистора
Из выражений (1) и (2) с учетом уравнения (4) следует,
что для выполнения условия /, = /, )ГТ сопротивление пускового
резистора необходимо линейно уменьшать по мере увеличения
частоты вращения якоря тяговой машины в соответствии с вы-
ражением
U — СФит
mZR*,
(5)
где С —постоянный коэффициент; С—СЕц/(3,6л/)).
На существующих вагонах сопротивление пускового резистора
регулируют ступенчато. Для этой цели пусковой резистор
разбивают на секции, которые переключаются в процессе
пуска Ступенчатый пуск характеризуется колебаниями пускового
тока, тягового усилия и ускорения при постоянстве среднего
8
значения пускового тока /„ С)>. Эти колебания оцениваются
коэффициентами неравномерности по току и силе тяги:
—	«р) И ^Г = (ГЯ1<| — £т^)/(2ГгР).
где /, я„, /. и (в максимальные и минимальные значения токов
в обмотках якорей тяговых машин и снл тяги при пуске.
Средняя сила тяги том больше, чем меньше коэффициент
kf. Для существующих вагонов коэффициент неравномерности по
току составляет Л, = 0,08-4-0,085 при числе ступеней сопротивления
пускового резистора 28—30. Значения /, т„ и лимитируются
условиями сцепления колес вагона с рельсами.
Для переключения секций пускового резистора на вагонах
метрополитена используют реостатный контроллер, представляю-
щий собой контактный аппарат с относительно сложной тех-
нологией изготовления. С целью упрощения технологии и повы-
шения надежности режима пуска для регулирования сопротив-
ления пускового резистора может быть использован тиристорный
реостатный контроллер, в котором роль силовых контактов
выполняют тиристоры.
Тиристоры VI — V6 (рис. 2) включаются по сигналам, посту-
пающим от системы управления. В табл. 1 приведен порядок
включения тиристоров в процессе ступенчатого регулирования
сопротивления пускового резистора.
При использовании тиристорного реостатного контроллера,
например, 14 ступеней сопротивления реализуются с помощью
шести тиристоров и одного контактора. Тиристорный реостатный
контроллер не имеет вращающихся частей, прост в изготовлении
и имеет высокую надежность, так как использование контактных
элементов сведено к минимуму. Пусковой резистор разбит
на две секции, одна из которых является регулируемой.
Параллельно отдельным частям регулируемой секции включены
тиристоры VI —V5. Параллельно нерегулируемой секции включен
тиристор V6. Нерегулируемая секция имеет несколько большее
сопротивление, чем регулируемая:
г. 4- гл 4- г. + г, 4- г, + г. < г.
По мере включения тиристоров VI— V5 сопротивление регу-
лируемой секции уменьшается. Для полного выключения этой
секции необходимо включить контактор К. В этом случае
сопротивление пускового резистора будет равно сопротивлению
Рис. 2. Схема бесноитакт
него регулирования сопро
гинлення пускового ре-
зистора
+ "	I--------«7
9
Таблица 1
лирования сопротивления. Последующие ступени от 8-й до 14-й
реализуются благодаря повторному использованию тиристоров
VI—V5. При включении контактора ток через тиристоры VI—V5
становится меньше тока удержания, так как в общей цепи этих
тиристоров включена ступень г, и практически весь ток обмоток
якорей тяговых машин замыкается через силовой контакт кон-
тактора, что обеспечивает необходимые условия для восстанов-
ления запирающих свойств тиристоров VI—V5 за время включен-
ного состояния контактора К.
По сигналу от системы управления БУ происходит одно-
временное включение тиристора V6 и выключение контактора К.
Так как сопротивление нерегулируемой секции пускового ре-
зистора несколько больше, чем регулируемой, то резуль-
тирующее сопротивление пускового резистора уменьшается
на расчетную величину, необходимую для поддержания тока
в обмотках якорей на заданном уровне. В дальнейшем путем
последовательного включения тиристоров VI—V5 и контактора К
сопротивление пускового резистора уменьшается до нуля.
Реостатное торможение. На эксплуатируемых вагонах метро
политена применяется реостатное торможение, при котором
10
тяговые машины переводятся в режим генератора и подклю-
чаются к тормозным резисторам. В резисторах рассеивается
электрическая энергия, которую вырабатывают тяговые машины,
преобразуя кинетическую энергию вагона, запасенную в процессе
разгона.
На вагонах метрополитена мощность тяговых машин при
переходе от тягового режима к тормозному форсируется
практически вдвое. Это обычно осуществляется благодаря уве-
личению э.д.с. тяговых машин при переходе к тормозному
режиму при практическом сохранении тока /»>гт в обмотках
якорей. Для тяговых машин номинальное напряжение в тяговом
режиме 375 В, а в тормозном —750 В, причем изоляция тяговых
машин по отношению к корпусу рассчитана на напряжение 750 В.
Тормозная сила, развиваемая тяговой машиной на окружности
колес вагона [2],

»»> X'',
П,е
(6>
В процессе торможения под действием электромагнитной
тормозной силы В и сил сопротивления движению скорость
вагона и частота вращения якорей двигателей уменьшаются,
следовательно, уменьшаются э.д.с. и ток тяговой машины
/„=€^1-^/1 (Х#,+Л)3.6л£>|.	(7)
Для сохранения эффективности торможения по мере уменьше-
ния скорости ступенчато уменьшают сопротивление тормозного
резистора, шунтируя секции этого резистора контактами реостат-
ного контроллера.
Процесс торможения применительно к вагонам метрополи-
тена можно условно разделить на три этапа. Первый этап —
торможение в зоне высоких скоростей с ограничением тормозного
тока по условиям коммутационной и потенциальной устойчивости
и максимальному напряжению на тяговой машине путем
ослабления возбуждения машин при максимальном сопротивлении
тормозного резистора. Второй этап — торможение в зоне средних и
низких скоростей с реализацией близкой к предельной тормозной
силы, ограниченной условиями сцепления колеса с рельсами,
путем поддержания постоянным среднего тока обмоток якорей
тяговых машин ступенчатым изменением сопротивления тор-
мозного резистора при 0=1. Третий этап — торможение в эоне
минимальных скоростей, при которых автоматическое поддержа-
ние тормозного усилия невозможно, так как /?т = 0 и 0= I. На этом
этапе по мере снижения скорости вагона происходит умень-
шение тока обмоток якорей машины и тормозной силы. Для
сохранения эффективности торможения на этом этапе осу-
ществляется замещение электрического торможения пневмати-
II
ческнм. На существующих вагонах третий этап торможения
наступает при скоростях 10—12 км/ч.
Для расширения диапазона скоростей начала торможения на
вагоне Е применена обмотка подмагничивания, что позволяет
обеспечить самовозбуждение машин при меньших скоростях
начала торможения, чем на вагонах Г и Д. и повысить
эффективность электрического тормоза. Для обеспечения устой-
чивой работы тяговых машин в режиме торможения их включают
по циклической схеме. При этом обмотки якорей одной
группы тяговых машин непосредственно связаны с обмотками
возбуждения другой группы тяговых машин, что позволяет
обеспечить выравнивание нагрузок или токов в обмотках
якорей в этих группах. В тормозном режиме переключение
схемы соединения обмоток тяговых машин не производится.
Регулирование сопротивления R, осуществляется с помощью
реостатного контроллера так же, как н в режиме тяги.
Для фиксации максимального потенциала тяговой машины по
отношению к корпусу на уровне потенциала контактного рельса
по отношению к ходовому рельсу в тормозном режиме
заземляют среднюю точку между обмотками якорей одной из
групп тяговых машин |2]. В этом случае любая точка
силовой цепи по отношению к корпусу тяговой машины будет
иметь потенциал, не превышающий максимального напряжения
на одной тяговой машине, что является допустимым.
Реостатно-контакторное управление тяговыми машинами ис-
пользуется на всех существующих отечественных вагонах метро-
политена. При этой системе управления для реализации рас-
смотренных выше режимов требуется большое число силовых
контактов, а следовательно, и специальных аппаратов, таких,
как реостатный контроллер, тормозной переключатель, переклю-
чатель положений, реверсор и линейные контакторы. Наличие
большого числа контактных элементов как в силовой цепи, так и в
цепях управления вагоном обусловливает сравнительно низкие по-
казатели надежности вагонов метрополитена, что является основ-
ным недостатком реостатно-контакторного управления тяговыми
машинами. К другим недостаткам следует отнести: наличие
потерь в пускотормозных резисторах, низкие тяговые усилия
в зоне высоких скоростей, невозможность реализации рекупе-
ративного торможения, сложность обеспечения комфорта пере-
возок пассажиров и т. п.
3. Тиристорно-импульсное управление
Регулирование напряжения на тяговых машинах. Тиристорно-
импульсный регулятор состоит из входного фильтра Сф
(рис. З.а). тиристорно-импульсного прерывателя ТИП. сглажи
вающего реактора L и обратного диода V, шунтирующего
последовательно включенные сглаживающий реактор L и обмотки
тяговой машины М.
12
Рис. 3. Принципиальная схема пуска с использованием тиристорно-импульсного
регулятора (а) и диаграмма изменения напряжения и тока тяговой машины (б)
Тиристорно-импульсный прерыватель представляет собой
ключ, имеющий два устойчивых состояния: замкнутое и разомкну-
тое. Он переключается с частотой f. В интервале каждого
периода T=\/f ключ замкнут в течение времени г и разомкнут
в оставшуюся часть периода Г—т. Соответственно тяговая
машина часть периода, определяемого коэффициентом запол-
нения Л = т/Т, подключена к источнику напряжения U, а остав-
шуюся часть периода (Г—т)/Г=1—X отключена от него.
Пренебрегая пульсациями напряжения на конденсаторе С*,
которые малы и обычно составляют менее 0,1 U, можно считать,
что к цепи тяговой машины прикладываются прямоугольные
импульсы напряжения амплитудой U и длительностью г (рис. 3,6).
Среднее значение этого напряжения за период
Uep u—Ur/T=Uk.	(8)
С помощью тиристорно-импульсного регулятора путем измене-
ния к от до единицы среднее значение напряжения Uip лв,
прикладываемого к цепи тяговой машины, можно регулировать
в широких пределах от Ucs> »min до (ЛР «т.ж=Щ6|.
Энергия от внешнего источника питания подводится к цепи
тяговой машины импульсами длительностью т и частотой /.
Однако преобразование электрической энергии в механическую
в тяговой машине происходит непрерывно независимо от
состояния прерывателя, что обеспечивается использованием в рас-
сматриваемой схеме обратного диода V и наличием накопительных
элементов: сглаживающего реактора L и обмоток тяговой
машины.
За время т энергия, поступающая от внешнего источника
напряжения U, потребляется тяговой машиной нс полностью,
частично запасаясь в накопительных элементах для дальнейшего
13
использования тяговой машиной в интервале 7 —т периода, когда
приток энергии от внешнего источника питания отсутствует.
Вследствие этого тяговая машина получает питание непрерывно:
в интервале к — от внешнего источника напряжения U, а оставшу-
юся часть периода I—А. — благодаря энергии, запасенной в нако-
пительных элементах. Поэтому, несмотря на импульсный ха-
рактер питания тяговой машины от внешнего источника
питания, ток |я в ее цепи будет непрерывным. Одну часть >. периода
ток i« нарастает, а другую I—X уменьшается, замыкаясь
под действием э.д.с. e'L, е" и е'” самоиндукции, наводимых
в реакторе L и обмотках тяговой машины, по цепи обратного
диода И. т. е. ток пульсирует на уровне среднего значения
/» е₽. Таким образом, при размыкании импульсного регулятора
ток в цепи тяговой машины не разрывается, а происходит
изменение контура для его замыкания. Это исключает появление
перенапряжений на регуляторе, несмотря на то, что обмотки
тяговой машины и реактор обладают большой индуктивностью.
При случайном обрыве цепи обратного диода V работа
рассматриваемой системы импульсного регулирования напряже-
ния становится невозможной, так как будет отсутствовать
контур для замыкания тока в интервале I—X периода,
а энергия, запасенная в накопительных элементах, не сможет
быть преобразована в полезную работу и вызовет недопу-
стимое перенапряжение на прерывателе, что приведет к выходу
его из строя.
При работе импульсного прерывателя нельзя допускать
также прерывания тока в контактной сети, которая обладает
значительной индуктивностью Непрерывность тока в контактной
сети при импульсном характере нагрузки обеспечивается Г-образ-
ным фильтром Хф-Сф. Независимо от состояния прерывателя
ток в контактной сети имеет контур для замыкания: по
цепи тягового двигателя (<) или по цепи фильтрового кон-
денсатора (/'). В интервале периода I—X, несмотря на то, что
тяговая машина отключена от контактной сети, происходит
потребление электрической энергии от источника питания, которая
не расходуется, а запасается в фильтровом конденсаторе
В интервале периода X в цепь тяговой машины поступает
энергия как от источника питания, так и от фильтрового
конденсатора, которая без учета потерь в элементах схемы
равна энергии, поступившей от источника за весь период.
Таким образом, благодаря накоплению энергии в конденсаторе
Сф в интервале периода I—X обеспечивается непрерывность
тока в контактной сети.
Путем подбора параметров фильтра /_Ф и С» максимальные
пульсации тока ограничивают на уровне I—2% тока /ср, т. е.
в любой момент времени мгновенное значение тока в контактной
сети незначительно отличается от среднего /ср. Вся энергия,
потребляемая от источника питания за вычетом потерь ДР
14
в элементах схемы, используется тяговой машиной. Пренебрегая
АР, исходя из баланса мощностей t//cp = t/cp ср с учетом выра-
жения (8) можно определить соотношение между токами в кон-
тактной сети и цепи тяговой машины
/ер = /. с, X.	(9)
Так как при работе импульсного прерывателя коэффициент
заполнения Х<1, то ток в контактной сети, потребляемый
от источника питания, всегда меньше тока в цепи тяговой машины
(см. рис. 3,6). Таким образом, соотношения между напряжением
U/UcV 1/Х и токами /ср//Яср = Х в цепях постоянного
тока, связанных импульсным регулятором, который работает
с коэффициентом заполнения Х<1. аналогичны соотношениям
между напряжениями U\/U2 = k и токами /|//г = 1/А в первичной
(U\ и /|) и вторичной (Ut и /а) цепях переменного тока,
связанных трансформатором с коэффициентом трансформации
fe=l/X. Поэтому импульсный регулятор можно считать транс-
форматором напряжения в цепях постоянного тока с регулируе-
мым коэффициентом трансформации
Импульсный регулятор напряжения так же, как трансформа-
тор. имеет высокий к.п.д., так как потери в полупроводниковых
приборах, реакторах и конденсаторах сравнительно малы Как
уже отмечалось, при работе импульсного прерывателя ток в цепи
тяговой машины пульсирует. Эти пульсации ограничиваются
условиями нагревания тяговой машины и ее коммутации.
Влияние пульсаций тока на нагревание машины можно оценить
по эффективному току I, обмотки якоря тяговой машины:
/»«/.<,(!+ «?/*)	(Ю)
В выражении (10)s, = (i, m„—i.min)/ [2 (z. ,^, + 1,	ко-
эффициент пульсации тока; и t. — соответственно макси-
мальное и минимальное значение пульсирующего тока. При коэф-
фициентах пульсации тока s, <0,3 эффективный ток незначительно
отличается от среднего значения (всего на 4%), следовательно,
влияние пульсирующего тока на нагревание машины мало.
Болес существенно влияние пульсаций тока на коммутацию
тяговых машин. Наличие пульсаций тока приводит к появлению в
коммутируемой секции переменных составляющих реактивной,
коммутирующей и трансформаторной э.д.с., результирующее зна-
чение которых зависит от коэффициента пульсаций тока в цепи
тяговой машины и приводит к ухудшению коммутации. Для
ограничения переменных составляющих э.д.с. в коммутируемой
секции необходимо ограничивать пульсации тока в цепи тяговой
машины в зоне работы ее со средними и высокими
частотами вращения якоря, чему обычно соответствует работа
прерывателя с Х = Хт>х и t/rp «ш (здесь (/д, иом — но-
минальное напряжение тяговой машины).
15
Коэффициент пульсации зависит от коэффициента заполнения
временного интервала прерывателя и может быть определен по
упрощенной формуле [4]:
л-((!-ММ/1/(2Л«,/.хЛ	(И)
где Li — индуктивность цепи тяговой машины (обмоток и реактора L)
В процессе широтно-импульсного регулирования напряжения
при изменении О^Х.^1 и f=const максимум пульсаций тока
имеет место при Х=0,5:
*	cfLJ)	(|2)
Индуктивность осаживающего реактора выбирают так, чтобы
при А. = Хт,х коэффициент пульсаций тока не превышал допусти-
мых значений 5/доп = 0,054-0,1. Индуктивность цепи тяговой
машины определяют из выражения (I I) при Х = Хт„:
к= |(1-Лй1„^П1„£/И2/.«4»/ ««)	(13)
Параметры входного фильтра и Сф выбирают таким обра-
зом, чтобы переменная составляющая тягового тока вагона
не превышала значений, допустимых условиями надежной
работы устройств связи и СЦБ. Максимум пульсации напряжения
на конденсаторе фильтра
А^га., = /. cf/WQ).	(14)
При питании от фильтра р параллельных групп тяговых
машин с индивидуальными преобразователями, работающими
каждый с частотой / и током /„<₽ и смещенными по моменту
включения на \/р периода, максимум пульсации напряжения
на конденсаторе фильтра
Л^т^=/.ер/(8/Сфр),	(15)
Максимальные пульсации тока в контактном рельсе
Л1 = /. „/(МГЛфСфР2).	(16)
Частота пульсаций напряжения и тока фильтра
/♦=₽/•	(17)
Задаваясь напряжением \U, из выражений (14) и (15) находят
емкость конденсатора фильтра. Индуктивность реактора фильтра
выбирают таким образом, чтобы собственная частота /о фильтра
была в 2—3 раза меньше частоты /ф, что позволяет избежать
резонансных явлений:
Индуктивность, определяемая из выражения (18), оказывается
недостаточной для ограничения трехсот герцовой гармоники тока,
16
обусловленной частотой 300 Гц, с которой пульсирует напряжение
выпрямителей тяговой подстанции. Из эксперимента получено,
что индуктивность силовых цепей серийного нагона Е при частоте
тока 300 Гц составляет 2—3 мГн. В связи с этим на вагонах,
оборудованных импульсными преобразователями, индуктивность
входного фильтра целесообразно выбирать на уровне =2,5-5-
4-3 мГн. Индуктивность контактного рельса изменяется в пре-
делах 0,5—9 мГн, собственная частота фильтра изменяется
от fo „„„=1,45/7^0 до fn т„ = 2,9/ и при СФ>600 мкФ
условие (18) выполняется.
Регулирование тока возбуждения тяговых машин. Импульсное
регулирование тока возбуждения осуществляется изменением
относительной длительности импульсов напряжения, прикладыва-
емых к обмотке возбуждения. Эти импульсы формируются
прерывателем, при работе которого с частотой j обмотка
возбуждения одну часть каждого периода оказывается зашунти-
рованной резистором /?ш. а другую — замкнутой накоротко
(рис. 4). Амплитуда импульса напряжения Ut, прикладываемого
к обмотке возбуждения, равна падению напряжения на резисторе
/?ш, через который замыкается разность токов обмоток якоря
/» и возбуждения /►, т. е. U, =	I.).
Относительная длительность импульса напряжения в зависи-
мости от схемы подключения прерывателя к обмотке возбуждения
равна либо коэффициенту X заполнения, с которым работает
прерыватель [в схеме с последовательным включением прерыва-
теля (рис 4.а) при его замкнутом состоянии обмотка возбужде-
ния ОВ шунтирована резистором). либо 1—X |в схеме с параллель-
ным включением прерывателя (рис. 4,6) при его замкнутом
состоянии ОВ замкнута накоротко]. Среднее напряжение, прикла-
дываемое к обмотке возбуждения, для этих схем:
U, .р „«.=(/.-/.)/?«Х;
и.	„р»(/.-/.)/?J 1-Х).
О 0.2 l).i U.6 Ц6 Л
Рис 4. Схемы (о и б) регулирования тока возбуждения тяговой машины и завися
мости Р(ХХв и г) соответственно при последовательном в параллельном вклю
ченин импульсного регулятора
I — /?.//?ш-0,05. 2-Я,/Я.=0.2
17
Зная среднее напряжение, можно определить и среднее
значение тока возбуждения
ф/#-	(20)
Несмотря на импульсный характер напряжения, приклады-
ваемого к обмотке возбуждения, ток в ее цепи непрерывен, так как
в любой момент времени независимо от состояния преры-
вателя имеется контур для его замыкания. Так, в схеме
с последовательным включением прерывателя (см. рис. 4,а)
в интервале периода, когда прерыватель находится в непроводя-
щем состоянии и цепь обмоток возбуждения и якоря тяговой
машины разомкнута, ток возбуждения замыкается по цепи
диода V2 благодаря энергии, накопленной в обмотке возбуждения
в предыдущую часть периода В схеме с параллельным вклю-
чением прерывателя (см. рис. 4,6) включение в схему диода
не требуется, так как цепь последовательно соединенных
обмоток возбуждения и якоря тяговой машины не нарушается
и при работе прерывателя контур для замыкания тока возбужде
ния сохраняется неизменным.
Так как на обмотке возбуждения независимо от схемы под-
ключения прерывателя одну часть периода напряжение равно
(/», а другую — практически нулю (в схеме по рис. 4,а падению
напряжения на диоде V2, а в схеме по рис. 4,6 — на прерывателе,
находящемся в проводящем состоянии), то ток возбуждения
соответственно пульсирует на уровне среднего значения. Пара
метры элементов схемы подбирают таким образом, чтобы эти
пульсации были незначительны и не приводили к ухудшению
коммутации тяговой машины.
Как следует из выражения (19), среднее напряжение на
обмотке возбуждения можно условно принять равным падению
напряжения на резисторе, постоянно включенном параллельно
обмотке возбуждения и обтекаемом током с эквивалент-
ным сопротивлением
/?»«. «сл=/?иХ	(21)
или
/?».	(1-Х).	(22)
Таким образом, с помощью прерывателя обеспечивается бес-
контактное регулирование эквивалентного сопротивления цепи,
шунтирующей обмотку возбуждения, а следовательно, и коэф-
фициента ослабления возбуждения
₽-/.//. = Цм/ (/?«, + /?,).	(23)
Подставляя в выражение (23) значения эквивалентного
сопротивления из уравнений (21) и (22), получим
*= > + »./*.	* ₽"ч>= I - к+	'	(24)
18
Из формулы (24) следует, что коэффициент 0 ослабления воз-
буждения нелинейно зависит от коэффициента Л., а характер
этой зависимости определяется как схемой подключения прерыва-
теля к обмотке возбуждения, так и соотношением сопротив-
лений обмотки возбуждения и включенного параллельно ей
резистора. В схеме с последовательным включением прерывателя
коэффициент ослабления возбуждения по мере увеличения коэф-
фициента Л. возрастает, а в схеме с параллельным включением
прерывателя уменьшается (рис. 4,в и г).
При выборе сопротивления резистора R,u стремятся, с одной
стороны, по возможности приблизить характеристику 0(Х) к линей-
ной, что очень важно для построения системы управления
прерывателем, а с другой — не допустить значительного уменьше-
ния коэффициента 0 при значениях 1=1 в схеме с последо-
вательным и А, = 0 в схеме с параллельным включением прерыва-
теля, с которых начинается процесс регулирования тока
возбуждения, так как это приводит к неоправданной потере
силы тяги и к значительным броскам тока в цепи якоря
тяговой машины при ступенчатом переходе от 0=1 к 0«.,<1.
Удовлетворить эти требования полностью невозможно, так как
для выполнения первого требования следует стремиться к
уменьшению сопротивления резистора, а второго — к его увеличе-
нию. Обычно выбирают значение сопротивления Ra, которое на
порядок больше сопротивления обмотки возбуждения /?..
При этом частично удовлетворяются указанные требования.
Так, при /?,//?ш = 0,05 коэффициент 0т,М| = О,95. а при R,//?ш = 0,2
коэффициент ₽™„2=0,83 Для работы тяговой машины с 0=1
необходимо отключить с помощью линейного контактора от обмот-
ки возбуждения резистор /?,„ (см. рис. 4.6), а при после-
довательном включении прерывателя (см. рис. 4,а) необходимо
также отключить резистор и с помощью дополнительного
контактора зашунтировать прерыватель или обеспечить его
работу с к= 1.
Случайные срывы регулирования (самопроизвольный переход
к 1= 1, при котором прерыватель постоянно находится в проводя-
щем состоянии) при параллельном и невключение (самопроиз-
вольный переход к постоянному выключенному состоянию) при
последовательном включении прерывателя приводит к тому, что
тяговая машина начинает работать с 0=0 и возникает
аварийный режим. Для предотвращения этого в схемы
включают дополнительные элементы, благодаря которым при
завершении регулирования прерыватели могут быть переведены
в неуправляемый режим. При этом реализуется заданный
минимальный коэффициент ослабления возбуждения. Так, при
параллельном включении прерывателя (см рис 4,6) применяют
резистор Rd (рис. 5,а) или индуктивный шунт, сопротивления
которых выбирают таким образом, чтобы при 1= I прерывателя
обеспечить 0 = 0т|„.
19
Риг. 5. Слгмы регулирова
ния тока возбуждения тя-
говой машины с фикса-
цией 0пИп при использо-
вании добавочного резис-
тора (а), индуктивного
шунта и контактора (б)
При последовательном включении прерывателя (см. рис. 4,а)
переход к неуправляемому режиму с реализацией заданного
коэффициента 0min возможен только при использовании допол-
нительного контактора и специальном подборе параметров
цепи, что по сравнению со схемой параллельного включения
прерывателя является недостатком. В усовершенствованной схеме,
показанной на рис. 5,6, так же, как и в схеме рис. 4,а, напряжение,
прикладываемое к обмоткам якорей, при работе прерывателя с
меньше на величину &U паления напряжения в рези-
сторе /?□,. чем в контактной сети, и составляет 92 -95% напряже-
ния U. Это позволяет при Л = иметь коэффициент
ослабления возбуждения несколько меньше допустимого Pmio,
который рассчитан при напряжении на тяговых машинах, равном
напряжению в контактной сети. При А.=1т„ от системы
управления подается команда на одновременное включение кон-
тактора KI и переход прерывателя в неуправляемый режим
с А.—1. В этом случае прерыватель VI шунтирует резистор
/?,и. а параллельно обмотке возбуждения включается индуктивный
шунт ИШ, активное сопротивление /?., которого выбрано так, что-
бы обеспечить работу тяговых машин с 0 = 0,„|ГГ
Рассматриваемый режим не сопровождается значительным
броском тока в цепи якорей тяговых машин, так как изменение
напряжения на тяговых машинах при шунтировании резистора
/?ш компенсируется увеличением их э.д.с. благодаря увеличению
коэффициента ослабления возбуждения с до 0min. Таким
образом, независимо от подключения прерывателя последователь-
но или параллельно обмотке возбуждения возможен перевод
прерывателя в неуправляемый режим с Х.®1 для шунтирования
резистора /?ш и обеспечения работы тяговых машин с 0mjn.
Зависимость р (Л) для схемы рис. 5,а, полученная аналогично
выражению (24), имеет вид

(25)
20
При Л=1 минимальный коэффициент ослабления возбуждения
определяется соотношением сопротивлений резисторов
₽«.кт1П = ^/ I (#л + Я. (И-Я>/Я-) Ь	(26)
Кривая 0 (X) показана на рис. 4,г штриховой линией.
Для схемы рис. 5.6 при сопротивлении индуктивного шунта,
равном /?Л.
₽пог=(/?з + /?»)Х/1 (/?, + /?,„)* + ₽.|.	(27)
В процессе регулирования тока возбуждения тяговых машин
потери в шунтирующем резисторе /?,„ при последовательном
включении прерывателя (см. рис. 4 .а) значительно больше,
чем при параллельном (см. рис. 4.6). Эго объясняется тем.
что при последовательном включении прерывателя резистор
RM часть периода кТ обтекается током (/« — /»), а другую часть
периода (I л)Г через этот резистор проходит ток
При параллельном включении прерывателя через резистор R,u
протекает значительно меньший ток: часть периода кТ он
равен нулю, а оставшуюся часть -	I,). Эффективное значе-
ние тока через резистор R,„ при последовательном включении
прерывателя:
+	-Х_).	(28)
при параллельном включении прерывателя
= ,29‘
Используя уравнения (24) и (29). получим выражение для
определения потерь в резисторе /?ш при параллельном вклю
чении регулятора:
P..F=/hl-₽)0#..	(30)
Из выражения (30) следует, что потери в шунтирующей
обмотке возбуждения цепи при импульсном и контакторном
регулировании тока возбуждения равны и зависят от пара-
метров обмотки возбуждения и коэффициента ослабления
возбуждения Максимум потерь соответствует коэффициенту
0=0,5.
При одном и том же коэффициенте ослабления возбуждения
тяговой машины отношение потерь в резисторе /?,, при исполь-
зовании последовательного и параллельного включения пре-
рывателей
p«<7p„.p=i(/.-/.),x«r.,+/:(i-UcJ)i/i(/.-/.)’(i >.„„)|. on
С учетом ТОГО ЧТО A«oci = 1— Хп»р, получим
/>««/P»P=l+WI(l 0)2(1-Хмр)].	(32)
21
При работе тяговой машины с 0=0,33 и /?,//?ш=0.1 и последо-
вательном включении прерывателя потери в /?„. более чем в
40 раз выше, чем потери в том же резисторе при парал-
лельном включении прерывателя. Несколько меньше потери при
0=0.854-0,9, но и в этом случае	ж 124-30. В связи с
этим последовательное включение прерывателя не нашло широко-
го применения в электрической тяге.
Регулирование сопротивления тормозного резистора. С по-
мощью импульсного регулятора можно осуществлять плавное
регулирование сопротивления тормозного резистора, что позволяет
в процессе динамического торможения тяговой машины под-
держивать требуемые значения тока в обмотке якоря и тор-
мозной силы. Регулятор VI (рис. 6), включенный параллельно
тормозному резистору /?,, работает с частотой f. В течение
части периода XT, когда прерыватель находится в проводящем
состоянии, напряжение на зажимах тяговой машины практически
равно нулю. Другую часть периода (I -X). когда прерыватель
не проводит тока, напряжение на зажимах тяговой машины
равно /«/?,.
Среднее за период напряжение на зажимах тяговой машины
„=/.#,( 1-Л).	(33)
Ток в обмотке якоря
/.-Е/|Л(1-1)+2₽.|.	(34)
где Е э.д.с. тяговой машины;
— суммарное сопротивление цепи тяговой машины, включающее con роти я
лги нс обмоток якоря и возбуждения и щеточного контакта
В процессе торможения и снижения скорости движения
вагона э.д.с. и Ux, ср уменьшаются, в связи с чем для
поддержания /,=const необходимо регулировать эффективное
сопротивление /?„ = /?,()—X) тормозного резистора путем изме-
нения коэффициента X. С помощью импульсного регулятора
сопротивление тормозного резистора можно изменять практи-
чески от Rr до нуля. В процессе регулиро-
вания сопротивления тормозного резисто-
ра ток в обмотке якоря тяговой машины
одну часть периода замыкается через ре-
зистор R,. а другую — через прерыватель.
В интервале каждого периода сопротив-
ление цепи тяговой машины резко меня-
ется, что вызывает пульсации тока в об-
мотке якоря Однако эти пульсации, как
правило, невелики и ограничиваются на
уровне (0,154-0.2)/я ноч индуктивностями
обмоток тяговой машины, а в отдельных
случаях — индуктивностью специального
сглаживающего реактора.
Рис. 6. Принципиальная
электрическая схема реек
татного торможения тяго
вой машины с и слоя ь зо
ваннем импульсного регу
лятори
22
Схемы соединения тяговых машин. Применение импульсного
регулятора напряжения дает возможность изменять напряжение
на тяговой машине в широком диапазоне, что позволяет
отказаться от необходимости переключения тяговых машин
с последовательного на последовательно-параллельное соединение
и принять наиболее рациональную схему включения тяговых
машин без перегруппировок в процессе пуска. Схема соединения
тяговых машин оказывает влияние на массо-габаритные
показатели импульсного регулятора и тягово-энергетические
показатели вагона.
Последовательное соединение (рис. 7.а). Тяговые машины сое-
динены в одну группу, что. с одной стороны, обусловливает
минимальное число и массу коммутационных аппаратов, а с дру-
гой — максимальные массо-габаритные показатели фильтрового
конденсатора преобразователя, так как частота изменения напря-
жения на конденсаторе фильтра минимальна и равна частоте
пульсаций тока в цепи тяговых машин. При рассматриваемой
схеме соединения тяговые машины имеют повышенную склонность
к боксованию, так как при потере сцепления с рельсом
одной колесной пары напряжение на тяговой машине, связанной
С этой колесной парой, возрастает, что и вызывает разносное
23
боксование. Следует отметить, что с помощью импульсного
регулятора V/ на каждой машине в тяговом режиме напряжение
плавно изменяется в пределах 1/и	При напря-
жении в контактной сети 550 975 В и работе регулятора
с Л=1 к каждой тяговой машине будет приложено напряжение
137.5—244 В. Следовательно, на указанное напряжение и должны
в этом случае проектировать тяговую машину.
Последовательно-параллельное соединение (рис. 7,6). Тяговые
машины соединяют в две независимые группы, включенные
параллельно. Каждая группа состоит из последовательно вклю-
ченных двух тяговых машин и импульсного регулятора.
Напряжение на каждой тяговой машине при работе регулятора с
Х=1 составляет (/,» = (7/2 = 2754-487 В, что дает возможность
использовать тяговые машины с номинальным напряжением
375 В. Каждый регулятор работает с частотой f, причем
последовательность импульсов одного регулятора смещена на
полпериода или 180° по отношению к импульсам, создаваемым
другим регулятором. В результате частота пульсаций напряжения
на конденсаторе фильтра удваивается по сравнению с частотой
пульсаций тока в одной из групп тяговых машин, а масса
и габаритные размеры фильтрового конденсатора значительно
меньше, чем (см. рис. 7.а) при последовательном соединении
тяговых машин, где удвоение частоты на конденсаторе фильтра
не происходит. Кроме того, в рассматриваемой схеме уменьшается
опасность возникновения разносного боксования. что позволяет
реализовать большую силу тяги при пуске.
При одинаковой мощности тяговых .машин в схемах рис 7.а и б
мощность регулятора VI и суммарная мощность регуляторов
VI и Vh также будут одинаковыми.
Параллельное соединение (рис. 7,в). В этом случае обра-
зуются четыре независимые группы, в каждой из которых
тяговая машина через преобразователь подключена к контактной
сети. При работе преобразователя с л=1 к тяговой
машине будет приложено напряжение контактной сети U*,= U=
=550-~975 В. Требуется тяговая машина с номинальным
напряжением 750 В (в двигательном режиме). Однако такая
машина имеет значительно большие массо габаритные показа-
тели, чем тяговая машина с номинальным напряжением
375 В, и ее применение для вагона метрополитена нера-
ционально. Напряжение на тяговой машине можно уменьшить,
изменив режим работы импульсных регуляторов путем ограни-
чения коэффициента максимального заполнения временного
интервала на уровне А.П|в,=0,4 4-0,6, что позволит при указанном
напряжении в контактной сети использовать тяговые машины
с номинальным напряжением 375 В.
Рассматриваемой схеме присущи следующие недостатки по
сравнению со схемами на рис. 7,а и б:
24
значительное увеличение индуктивности, а соответственно
и массы сглаживающих реакторов Lv для ограничения пульсаций
тока в цени тяговой машины на допустимом уровне;
увеличение числа коммутационных аппаратов и обратных
диодов V2;
импульсные регуляторы должны иметь больший диапазон
регулирования, так как активное сопротивление цепи тяговой
машины минимально.
При одинаковых индуктивностях цепей тяговых машин во всех
трех схемах (см. рис. 7,а,б и а) пульсации тока будут
наибольшими при параллельном соединении тяговых машин
(см рис. 7,в). В этом случае регуляторы большую часть
времени в тяговом режиме работают с лта,~0,5, при котором
пульсации тока в цепи тяговых машин максимальны и значи-
тельно превышают пульсации тока, соответствующие X,,,.,, близким
к единице, с которыми большую часть времени работают регулято-
ры в схемах (см. рис. 7,а и б). Если в качестве примера
принять, что при последовательно-параллельном соединении
тяговых машин (см. рис. 7,6) регуляторы длительно работают
с ^т»«=0-95, а при параллельном (см. рис. 7,а) Am„=0,5, то
исходя из выражения (13) получим, что для ограничения
пульсаций тока на одном и том же уровне индуктивность в группах
тяговых машин, соединенных параллельно, должна быть в 5 раз
больше, чем при последовательно-параллельном соединении.
Как показывают расчеты, масса сглаживающих реакторов
при параллельном соединении тяговых машин примерно на 500 кг
больше, чем при последовательно-параллельном соединении.
Кроме того, практически вдвое возрастает масса импульсных
регуляторов. Их число при параллельном соединении тяговых
машин в 2 раза больше, чем при последовательно-параллельном,
а масса каждого преобразователя в обоих случаях примерно
одинакова, так как элементы преобразователей рассчитывают
на одинаковые максимальные напряжения и токи. Кроме того,
увеличение индуктивностей сглаживающих реакторов и числа
импульсных регуляторов обусловливает значительное увеличение
потерь энергии в этих элементах при параллельном соединении
тяговых машин. Из сравнения показателей массы силового
электрооборудования вагонов с импульсными регуляторами
(табл. 2) следует, что наиболее рациональным является при-
менение схемы с последовательно-параллельным соединением
тяговых машин.
Способы регулирования напряжения и тока возбуждения
тяговых машин. В процессах пуска и торможения вагона напряже-
ние и ток возбуждения тяговых машин регулируют по алго-
ритму, позволяющему реализовать близкие к предельным тягово-
тормозные усилия и обеспечить комфортные условия перевозки
пассажиров (см рис. 1). Этот алгоритм может быть реализован
раздельным способом путем использования двух независимых
25
Таблица 2
Наименование электрооборудования	Масса электрооборудования, кг. при соединении тяговых машин		
	последом тельном	последова- тельно- па ралдельном	параллель- ном
Реактор фильтра	100	100	100
Конденсаторы фильтра	480	120	60
Сглаживающий реактор	50	50	550
Импульсный регулятор	400	4<Х)	800
Переключатель положений и реверсор	175	235	470
Линейные контакторы	155	206	310
Всего	1360	1111	2290
Примечание. В расчета! принимались конденсаторы фильтра ФСТ масса одного
ьлемеита 30 кг. емкость 160 мкФ. коммутационная аппаратура серийно выпускаемая
для вагонов метрополитенов, реакторы и импульсный регулятор разработки за-
вода «Динамо»
импульсных регуляторов для изменения напряжения и тока
возбуждения тяговых машин шли совмещенным способом (путем
использования одного импульсного регулятора, построенного
таким образом, что при изменении коэффициента заполнения А,
одновременно изменяются напряжение и ток возбуждения, причем
характер их изменения близок к требуемому).
Рассмотрим схемы с использованием раздельного (рис. 8,а)
и совмещенного (рис. 8,6) способов.
Раздельный способ регулирования При использовании в ре-
жиме тяги раздельного способа регулирования напряжения и тока
возбуждения тяговой машины импульсный регулятор напряжения
VI включают между источником питания и тяговыми машинами,
обмотки которых и сглаживающий реактор Lv шунтируются
обратным диодом V2.
Импульсный регулятор V3 тока возбуждения подключают
к обмотке возбуждения по любой из рассмотренных ранее схем.
На рис. 8,а в качестве примера показано параллельное под-
ключение прерывателя V3. Рассмотрим процесс пуска тяговых ма-
шин. С начального момента пуска тяговых двигателей и до
момента достижения вагоном скорости движения ис (см. рис. 1)
работает только импульсный регулятор VI (см. рис. 8,а). Регуля-
тор V3 не участвует в работе, т. е. его тиристоры находятся в не-
проводящем состоянии. С помощью системы автоматического ре-
гулирования изменяется коэффициент заполнения Ai временного
интервала регулятора VI от минимального, необходимого для
обеспечения плавности при трогании, до максимального Х|пм,= I
таким образом, чтобы в процессе разгона вагона от скорости
v, до скорости Уь (см. рис. 1) ток цепи обмоток якорей
тяговых машин поддерживался неизменным и равным току
уставки /, уст.
26
Коэффициент Xi изменяется в соответствии с выражением

(35)
где —сопротивление обмоток якорей, добавочных полюсов и щеточного
контакта:
Е' — э.д.с тяговых машин.
При этом ток. потребляемый из контактной сети соединенными
в две группы тяговыми машинами вагона, изменяется про-
порционально Xi от /q, м|п=2/» ср Aim„, до /ср „>,„=2/. ср Кри-
вая 2 изменения тока, потребляемого из контактной сети
одной группой тяговых машин в процессе их пуска, показана
на рис. 1,а.
Среднее значение тока возбуждения за период будет меньше,
чем среднее значение тока в обмотке якоря, так как обмотки
возбуждения шунтированы резистором /?ш. и составит /. Гр = 0/И ср-
Коэффициент ослабления возбуждения 0 не зависит от коэф
фициента Л. он определяется соотношением сопротивлений
/?ш и R» и является величиной постоянной, которая меньше еди
ницы и обычно составляет 0,9—0,95.
Для исключения потерь силы тяги и обеспечения работы
тяговых машин с 0=1 в схему регулятора тока возбуждения
необходимо ввести дополнительный контактор для отключения
резистора /?,„ при работе только регулятора VI напряжения.
Однако увеличение тока возбуждения тяговых машин на
Рис. 8 Принципиальные схемы силовых цепей вагона при использовании раздель-
ного (а) и совмещенного (б) способов регулирования напряжения и тока возбуж-
дения тяговых машин
27
рассматриваемом участке тяговой характеристики дает незна-
чительное приращение силы тяги, поэтому введение дополнитель-
ного контактора для обеспечения работы тяговых машин с 0 = I от
начала пуска до скорости движения (см. рис. I) вместо
работы с коэффициентом 0 = 0.94-0.95 является неоправданным.
После достижения вагоном скорости движения ov. чему
соответствует Л> = 1 и Uла = и/2, процесс регулирования напря-
жения на тяговых машинах заканчивается. Начиная с указанного
момента, в действие вступает импульсный регулятор тока
возбуждения V3. с помощью которого путем автоматического
изменения коэффициента заполнения Хз временного интервала
этого регулятора осуществляется изменение тока возбуждения от
0 = 0.94-0.95 до 0 = 0m,n, а следовательно, магнитного потока и
э.д.с тяговых машин, в результате чего ток в цепи обмоток
якорей тяговых машин поддерживается на уровне тока уставки
При скорости движения и = од коэффициент ослабления возбужде-
ния достигает минимального значения 01П,„, процесс регулиро-
вания тока возбуждения заканчивается и разгон тяговой машины
продолжается по характеристике ослабленного возбуждения с
0 = 0,„i„ и UM = U/2. При этом ток в цепи обмоток якорей
по мере увеличения частоты их вращения уменьшается, так как
с помощью регуляторов, работающих с предельными коэф
фнциентами заполнения, поддержание его невозможно.
Таким образом, при скорости движения ог регулятор напря-
жения, а при скорости и, регулятор тока возбуждения исчерпы-
вают свои регулировочные свойства и могут быть зашунтированы
контакторами для уменьшения потерь, и соответственно повыше-
ния к.п.д. тягового привода. Для реализации максимального к.п.д.
привода шунтирование регуляторов VI и V3 контакторами явля-
ется необходимым Однако такой подход не всегда является
правильным. На э.п.с. метрополитена тяговые машины работают
в тяжелых условиях, что в значительной степени обусловлено
скачками напряжения в контактном рельсе
Если импульсный регулятор напряжения работает и возни-
кает скачок напряжения в контактном рельсе на Л(Л
то в первый момент времени к тяговым машинам прикладывается
повышенное напряжение	и ток в нх цепи начинает
увеличиваться. Практически мгновенно от системы автоматическо-
го регулирования поступит сигнал на уменьшение коэффициента
заполнения до значения (Xi —Л/.i). при котором среднее напряже-
ние на тяговых машинах будет таким же. как до возникновения
переходного процесса + (Xt — Aai) = Uk^ и броска тока
в цепи обмоток якорей тяговых машин не произойдет.
Регулятор VI воздействует непосредственно на значение напряже-
ния, приложенного к тяговым машинам, поэтому быстродействие
отработки скачка напряжения будет очень высоким Действи-
тельный скачок тока определится инерционностью системы
автоматического регулирования, которая мала.
28
При работе только регулятора V3 в случае возникновения
скачка напряжения в контактном рельсе на \U к тяговым
машинам будет приложено напряжение U-VAU и ток /„ начнет
возрастать. Стем же быстродействием от системы автоматического
регулирования поступит сигнал на изменение коэффициента
заполнения регулятора V3. Коэффициент заполнения Xj регулято-
ра V3 начнет уменьшаться, что приведет к увеличению тока
возбуждения с темпом, определяемым постоянной времени цепи
обмотки возбуждения Увеличение магнитного потока Ф тяговых
машин будет задержано действием вихревых токов в магнито-
проводе. В связи с этим, несмотря на изменение Лз. увеличение
э.д.с. машин Е будет происходить с запаздыванием, что приведет
к броску тока в цепи обмоток якорей тяговых машин.
Сравнивая свойства регуляторов VI и V3 при использовании
их для защиты тяговых машин в переходных режимах, можно
заключить, что быстродействие регулятора напряжения VI
значительно выше, чем регулятора тока возбуждения V3.
В связи с этим регулятор VI целесообразно постоянно исполь-
зовать в работе в тяговом режиме: до скорости движения
для регулирования напряжения, а при о>ре для защиты
тяговых машин в переходных режимах.
Совмещенный способ регулирования. При этом способе с
помощью одного импульсного регулятора VI (см. рис. 8.6) осу-
ществляется одновременное регулирование как напряжения на
обмотках якорей тяговых машин, так и тока возбуждения.
Причем закон изменения этих параметров близок к оптимальному,
при котором реализуется предельная тяговая характеристика.
Импульсный регулятор включен между обмотками якорей Ml и
М2 тяговых машин и минусовым полюсом источника питания
Обмотки возбуждения OBI и ОВ2 включены последовательно
с обратным диодом V2 и не связаны с источником питания.
Непосредственно к источнику питания при переходе регулятора
VI во включенное состояние подсоединяются только обмотки
якорей тяговых машин Обмотки возбуждения подпитываются
энергией, накопленной в индуктивностях цепи якорей, в течение
части периода (1—Х)Т, когда регулятор VI выключен.
При включении регулятора VI. чему соответствует часть
периода КТ, образуются два самостоятельных контура для замы-
кания токов. По первому контуру: источник питания — сгла-
живающий реактор — обмотки якорей тяговых машин регу-
лятор VI — источник питания протекает ток обмоток якорей
тяговых машин а по второму: обмотки возбуждения —
шунтирующий диод V3 обмотки возбуждения — ток возбуж-
дения тяговых машин. В эту часть периода обмотки якорей и
возбуждения машин находятся в разных контурах, причем
обмотки якорей подпитываются энергией от внешнего источ-
ника и ток в их цепи возрастает, а обмотки возбуж-
дения изолированы от внешнего источника энергии и ток в их
цепи спадает, замыкаясь через диод V3.
29
После выключения VI в течение части периода (1—Х)Г об-
разуется единый контур для замыкания тока; обмотки якорей
тяговых машин — обратный диод V2 обмотки возбуждения,
шунтированные резистором /?ш,—сглаживающий реактор — об-
мотки якорей, причем ток обмоток якорей спадает, так как
эти обмотки отключены от источника, а ток возбуждения
возрастает, поскольку в эту часть периода осуществляется под-
питка обмоток возбуждения.
Среднее значение тока в цепи обмоток якорей тяговых ма-
шин
/.	। - м|.
где /?„„ сопротивление цепи обмоток возбуждения:	»/?«/?,/(<?, + ₽„,(.
В процессе разгона тяговых машин для поддержания тока
в цепи обмоток их якорей на уровне заданною значения необ-
ходимо по мере увеличения частоты вращения и э. д. с. Е автома-
тически изменять >. от нуля до значения, близкого к единице,
увеличивая среднее напряжение, подводимое к машинам. По мере
увеличения к интервал периода подпитки обмоток возбуж-
дения сокращается, следовательно, это приводит к уменьшению
тока возбуждения /, и коэффициента р ослабления возбуждения.
Коэффициент р можно вычислить исходя из равенства напря-
жений на обмотке возбуждения и шунтирующем ее резисторе
R», в течение периода регулирования: (/, — /,) /?ш(1—Х)=/,/?в,
откуда
Р = (*./*«) + < -I ’	<36*
Зависимость изменения Р(Х), реализованная при совмещен-
ном способе регулирования, точно совпадает с зависимостью,
которая получается при параллельном подключении к обмотке
возбуждения специального регулятора тока возбуждения [см.
выражение (24) и рис. 4]. Таким образом, в процессе совме-
щенного регулирования при изменении коэффициента заполне-
ния к временного интервала импульсного регулятора одновре-
менно изменяются как среднее напряжение на тяговых машинах,
так и ток возбуждения, но характер их изменения различен.
Если при увеличении л среднее напряжение на тяговых машинах
линейно возрастает, то коэффициент р уменьшается в соответ-
ствии с нелинейной зависимостью. Это позволяет регулировать
во времени среднее напряжение и коэффициент ослабления
возбуждения практически так же, как и при раздельном спо-
собе регулирования. А именно, в процессе пуска вагона пер-
воначально регулируется практически только среднее напряжение
на тяговых машинах при p = const (в диапазоне изменения
к от 0 до 0,8 р изменяется от 0,97 до 0,8 при /?,//?iU=0,05). а в даль-
нейшем — коэффициент р ослабления возбуждения при
зо
«const (в диапазоне изменения X от 0,8 до 0,97 среднее
напряжение на тяговых машинах изменяется незначительно в
пределах UcVU/U =0,84-0,97, а 0 = 0,84-0,3).
В рассматриваемой схеме работа импульсного регулятора с
Х=1 недопустима, так как при этом прекращается подпитка
обмоток возбуждения тяговых машин и возникает аварийный
режим В связи с этим для реализации 0,„(|, импульсный регу-
лятор должен работать с коэффициентом заполнения Х<1,
что в конечном счете приводит к некоторому недоиспользова-
нию напряжения источника питания по сравнению со схемами,
реализующими раздельный способ регулирования.
Разработан ряд схем, являющихся развитием схемы, по-
казанной на рис. 8.6, и позволяющих получить заданный ми-
нимальный коэффициент ослабления возбуждения при Х = 1[5|.
В одной из схем (рис. 9, а) тяговая машина выполнена с двумя
изолированными друг от друга обмотками возбуждения, одна
OB/i (ОЙ2|) из которых включена в цепь обмоток якорей тяговых
машин, а другая ОЯ/г (Ой27) последовательно с обрат-
ным диодом V2. Ток в обмотке OBli (OB2j) изменяется в соот-
ветствии с выражением (36) в функции коэффициента запол-
нения X, а обмотке OBh (ОВ2^ равен току обмоток яко-
рей тяговых машин. При достижении регулятором коэффици-
ента заполнения Х= 1 ток в обмотке OBIi (OB2i) прекра-
щается, а м. д. с., создаваемая обмоткой OBlt {ОВ2,], соот-
ветствует минимальному коэффициенту р„,|п, определяемому из
соотношения числа витков двух обмоток возбуждения тяговой
машины.
0mm= ^1/(^1+
где Ш| —число витков обмотки возбуждения ОВ1г,
и'а — число витков обмотки возбуждения OHh
Недостатком этой схемы является необходимость использова-
ния тяговых машин с двумя обмотками возбуждения, что услож-
няет их конструкцию и снижает эксплуатационную надеж-
ность.
В схеме, представленной на рис. 9, б, благодаря использова-
нию резистора фиксируется минимальный коэффициент ос-
лабления возбуждения 0^|п при Х=»1. При достижении регуля-
тором VI Х=1 обратный диод V2 исключается из работы. Ток
замыкается по цепи: источник питания — сглаживающий реак-
тор — обмотки якорей тяговых машин — обмотки возбуждения
тяговых машин, шунтированные через диод V3 резистором Ro, —
источник питания. К обмоткам возбуждения прикладывается нап-
ряжение, равное падению напряжения на параллельно вклю-
ченном резисторе /?«, сопротивление которого выбирается
таким образом, чтобы обеспечить 0„,|n = /?o/(2A?.-(-/?<)). В процес-
се работы импульсного регулятора коэффициент ослабления воз-
буждения изменяется по нелинейному закону в функции X в соот-
ветствии с выражением (36).
Рис 9. Принципиальны? схемы силовых испей вагона при использовании совме-
шейного способа регулирования напряжения и тока возбуждения тяговых машин
с возможностью перехода к режиму Л=1:
а -с сскинонироиаинпй обмоткой возбуждения тяговой машины; 6—с дополнительными
резистором и диодом
Сопротивление резистора А?ш выбирают таким образом,
чтобы обеспечить требуемую форму кривой р(Л), позволяющую
реализовать тяговую характеристику, близкую к предельной.
Использование совмещенного способа регулирования нап-
ряжения и тока возбуждения по сравнению с раздельным поз-
воляет уменьшить массу тиристорного преобразователя и упрос-
тить систему его управления. Однако в схеме силовых цепей
вагона с использованием одного прерывателя для одновремен-
ного регулирования напряжения и тока возбуждения тяговых
машин используется значительно большее число силовых кон-
такторов для обеспечения перехода с тягового режима в режим
торможения и обратно.
Реостатное и рекуперативное торможение тяговых машин.
Импульсные регуляторы в процессе электрического торможе-
ния тяговых машин обеспечивают плавное регулирование соп-
ротивления тормозного резистора (или напряжения на обмотках
якорей тяговых машин) и тока возбуждения (рис. 10), что позво-
ляет сформировать тормозную характеристику B(v), совпадаю-
щую с предельной или близкую к ней, в зависимости от выбран-
ного закона управления импульсными регуляторами. Предельные
тормозные силы в зоне высоких скоростей движения ограни
чиваются максимально допустимыми значениями реактивной
э. д. с. и межламельного напряжения, а в зоне средних и низ-
ких скоростей — допустимым значением коэффициента сцепле-
ния колес вагона с рельсами.
32
Для реализации предельной тормозной характеристики не-
обходима одновременная работа обоих регуляторов. Однако в
этом случае алгоритм управления регуляторами получает-
ся достаточно сложным. Блок управления регуляторами должен
вычислять и задавать допустимые значения тока в обмот-
ках якорей тяговых машин и напряжения на них, сравнивать
эти значения с текущими и формировать последовательности
управляющих тиристорами импульсов. Обычно для упроще-
ния алгоритма и соответственно блока управления используют
поочередную работу регуляторов VI и V2.
В зоне высоких скоростей движения при 0< I работает только
регулятор V2, а в зоне средних и низких скоростей при
Р=1 —регулятор VI аналогично тому, как это осуществляется
в схеме с двумя регуляторами в тяговом режиме. Тормозные
характеристики в этом случае оказываются достаточно близ-
кими к предельным. Использование импульсных регуляторов
обеспечивает равномерное распределение нагрузки между неза-
висимыми группами I и II тяговых машин в процессе тор-
можения благодаря автоматическому поддержанию заданных
значений тока в каждой группе. Это позволяет отказаться от
циклической схемы в тормозном режиме и использовать более
простую схему, в которой параллельно каждой группе из двух
последовательно включенных тяговых машин и сглаживающего
реактора Lr включен индивидуальный тормозной резистор, со-
стоящий из двух частей /?1И и RTp. Параллельно первой из
них включен тиристор V4, а второй импульсный регулятор
напряжения VI. При реостатном торможении диод V5 и
фильтр не используются. Резистор /?тр непосредственно подклю-
Рнс. 10. Принципиальная схема рекупе-
ративно-импульсного торможения тяго-
вых машин (а) н диаграмма юменсния
токов и напряжений (б)
2 За». HS6
33
чен к тяговой машине (тиристор V3 находится в проводящем
состоянии).
Таким образом схема силовых цепей вагона как при работе
вагона в тормозном режиме, так и в тяговом представляет собой
две независимые друг от друга группы тяговых машин, снаб-
женные собственными средствами регулирования. Такое построе-
ние схемы упрощает техническое обслуживание электрообо-
рудования, сокращает время обнаружения неисправностей при от-
казах электрооборудования и приводит к сокращению числа си-
ловых контактных элементов, используемых для переключения
схемы с целью обеспечения тягового или тормозного режима ра-
боты вагона.
В режиме реостатного торможения напряжение на обмот-
ках якорей двух тяговых машин 2(/д, может достигать 1500 В,
в то время как корпусная изоляция тяговой машины рассчита-
на на напряжение менее 1000 В. Разделение тормозного рези-
стора на регулируемую /?тр и нерегулируемую R-„ части и зазем-
ление средней точки между ними дает возможность ограни-
чить максимальное напряжение на тяговой машине по отношению
к корпусу на допустимом уровне, равном падению напряжения
на регулируемой части тормозного резистора. Включение регу-
лятора VI параллельно /?тр позволяет не увеличивать его установ-
ленную мощность по сравнению с тяговым режимом, несмотря на
то, что мощность тяговых машин форсируется практически вдвое.
В процессе реостатного торможения ток в цепи обмоток якорей
каждой группы тяговых машин
/. tp = 2Е/|2 R„ + /М1 - X,) 4- Я„],
где S/?,, — суммарное сопротивление обмоток икорсй, возбуждения с учетом
сопротивления резистора R*. дополнительных полюсов и щеточных
контактов тяговых машин и сглаживающего реактора.
Поддержание тока на заданном уровне осуществляется сле-
дующим образом. В зоне высоких скоростей движения с помощью
импульсного регулятора возбуждения V2, изменяя в процессе
уменьшения скорости вагона коэффициент заполнения регуля-
тора в диапазоне Л 1вл1 >kj0, регулируют коэффициент ослаб-
ления возбуждения от pmin до pm<J. тем самым поддерживая э.д.с.
тяговых машин и ток в цепи обмоток якорей на заданном уровне
при неработающем импульсном регуляторе VI, чему соответ-
ствует м=0. при Xj=O регулятор возбуждения V2 отклю-
чается и начинает работать регулятор VI. Изменяя коэф-
фициент заполнения Х| в диапазоне С 1. регулируют экви-
валентное сопротивление части тормозного резистора R,v. В ин-
тервале периода kiT, когда регулятор VI замкнут, ток в цепи
обмоток якооей тяговых машин наоастает. замыкаясь по конту-
ру Ml—VI -Rn — обмотки возбуждения OBI, ОВ2. шунтиро-
ванные резистором Ru — Lf — М2.
34
После отключения регулятора в интервале периода (1 —
— Х|)Г в цепь тяговых машин вводится регулируемая часть
тормозного резистора, и ток уменьшается. Для уменьшения пуль-
саций тока в цепь обмоток тяговых машин включается сглажива-
ющий реактор Lf. При неработающем регуляторе V2 коэффици-
ент р не зависит от коэффициента заполнения Х| регуля-
тора VI.
При достижении Х| = 1 и /?,тр = 0 подается команда на
включение тиристора V4 или контактора и уменьшение запол-
нения временного интервала регулятора VI до значения Хю,
при котором /?,Тр = Ятр(1 — Хю) = /?т«. В этом случае, несмотря
на шунтирование нерегулируемой части, сопротивление тормоз-
ного резистора сохраняется неизменным и появляется возмож-
ность дальнейшего регулирования сопротивления тормозного
резистора. Процесс регулирования заканчивается, когда будет
Xi = l.
Рекуперативное торможение отличается от реостатного тем,
что электрическая энергия, вырабатываемая тяговыми машина-
ми, не расходуется на нагревание тормозного резистора, а отда-
ется в контактную сеть для использования другим э. п. с.,
работающим в это время в режиме тяги, или через инверторы,
установленные на тяговой подстанции, передается в сеть пере-
менного тока. Как известно, рекуперативное торможение может
быть осуществлено и без использования импульсных регуля-
торов напряжения. В этом случае тяговые машины перево-
дятся в генераторный режим и непосредственно подключают-
ся к сети: Совместная работа машин с сетью характеризу-
ется равенством напряжений на зажимах машин и сети
(/„=2£-/Д#.= (Л	(37)
Для обеспечения устойчивой работы тяговых машин их обмот-
ки возбуждения подключают через регулятор тока возбуж-
дения к независимому источнику питания.
В процессе торможения скорость движения вагона и час-
тота вращения якорей тяговых машин уменьшаются, что приво-
дит и к уменьшению их э. д. с. Для поддержания тока в цепи
обмоток якорей тяговых машин, а следовательно, и тока реку-
перации на заданном уровне /я = /1>еЖ=(2£— (/)/(S/?,) = const не-
обходимо в процессе торможения путем увеличения тока воз-
буждения изменять магнитный поток машины таким образом,
чтобы сохранять э. д.с. неизменной и выполнять условие
iE>U, при котором возможно осуществление рекуператив-
ного торможения. Здесь п — число последовательно включенных
тяговых машин.
Кратность регулирования тока возбуждения тяговой маши-
ны ограничена. Поэтому для осуществления рекуперативного
2*
35
торможения в широком диапазоне изменения скорости движения
вагона необходимо использовать и переключение схемы соеди-
нения тяговых машин.
Использование импульсного регулятора напряжения позволя-
ет осуществлять рекуперативное торможение вагона практичес-
ки до его полной остановки, причем не требуется переклю-
чения обмоток возбуждения для питания от независимого
регулируемого источника и изменения в процессе торможения
схемы соединения тяговых машин. Условия включения тяговых
машин в этом случае на параллельную работу с сетью совер-
шенно иные по сравнению с условиями включения в схемах,
где импульсные регуляторы не используются и тяговые машины
непосредственно подключаются к контактной сети. В схемах с
использованием импульсного регулятора напряжения VI (рис.
10, а) режим рекуперативного торможения (в этом режиме ти-
ристор Ул выключен) может быть осуществлен, если среднее
напряжение на тяговых машинах С/3, = 2£— /„-/?. меньше нап-
ряжения в контактной сети, т е
U„<U.	(38)
Выполнение этого условия возможно только при подключе-
нии тяговых машин к контактной сети через разделительный
диод V5, наличие которого исключает протекание тока из кон-
тактной сети к тяговым машинам. На первый взгляд, при
выполнении условия (38) режим рекуперативного торможения
нереализуем, так как к диоду V5 приложено отрицательное
напряжение и ток от тяговых машин в контактную сеть по-
ступать не может. В действительности, несмотря на то, что
среднее напряжение (/.„ на тяговых машинах меньше, чем в
контактной сети, благодаря использованию регулятора VI как
преобразователя энергии, удается периодически поднимать теку-
щее значение напряжения на тяговых машинах до уровня,
превышающего напряжение U в контактной сети, и осущест-
влять в эти отрезки времени рекуперацию энергии
Рассмотрим этот процесс более подробно. Предположим, что
импульсный регулятор VI работает с частотой f и коэффициен-
том заполнения к, э. д. с. тяговых машин составляет 2Е и условие
(38) выполняется. В течение части периода кТ регулятор замы-
кает цепь, состоящую из последовательно включенных обмоток
тяговых машин и сглаживающего реактора LP, накоротко
U,в = 0 и ток ь в этой цепи нарастает (см. рис. 10, а). В это время
происходит накопление электрической энергии в индуктивностях
S£ обмоток тяговых машин и сглаживающего реактора. Разде-
лительный диод V5 не проводит тока, так как к нему во встреч-
ном направлении приложено напряжение контактной сети. Сле-
довательно, тяговые машины не связаны с контактной сетью,
ток в которой равен нулю, и рекуперации энергии не проис-
ходит
36
В момент выключения регулятора VI контур короткого замы-
кания тяговых машин разрывается и ток в их цепи начинает
уменьшаться. Это приводит к тому, что э. д. с. самоиндукции
eL=—наводимая в индуктивностях обмоток тяговых ма-
шин и сглаживающего реактора, суммируется с напряжением
на тяговых машинах UM — 2E—	и напряжение на выходе
цепи тяговых машин скачком увеличивается до нав = ид.-|-е£> U.
Диод V5 переключается в проводящее состояние, образуя новый
контур для замыкания тока („•: M/—V5— контактная сеть —
V4— 082—ОН!—Lf—М2. В контактной сети при отсутствии
фильтра начинает протекать ток 1'^=1',, т. е. происходит рекупе-
рация электрической энергии от тяговых машин в контактную
сеть, которая продолжается в течение части периода (I— кГГ,
когда регулятор разомкнут. В этом интервале периода ток й =
=(|>е« уменьшается от /, т„ до так как цепь тяговых машин
оказывается подключенной к контактной сети, напряжение которой
направлено встречно э. д. с. тяговых двигателей 2Е и по условию
(38) больше среднего значения напряжения на тяговых машинах.
При достижении	поступает команда на включение ре-
гулятора, и процесс повторяется
В процессе рекуперативного торможения ток в цепи тяговых
машин непрерывен и пульсирует на уровне среднего значения
/„ п>, увеличиваясь в течение одной части периода и уменьшаясь
в течение другой. Ток рекуперации в контактной сети от группы
тяговых машин при отсутствии фильтра является прерывис-
тым, при замкнутом состоянии регулятора он равен нулю, при
разомкнутом zP,« = ie. При работе регулятора VI напряжение
на выходе тяговых машин появляется импульсами. Одну часть
периода кТ оно равно нулю, а другую (I— к)Т—напряжению
в контактной сети U.
Среднее за период напряжение на выходе цепи тяговых
машин, если пренебречь активным сопротивлением сглаживаю-
щего реактора
(39)
Энергия рекуперации поступает в контактную сеть импульса-
ми длительностью /„« = (! —А.)Т. Эта энергия 4рг« =	и
равна за вычетом потерь кинетической энергии вагона, преобра-
зованной группой тяговых машин в электрическую в течение
периода Ал,= U„I, rfT.
Для получения непрерывного тока рекуперации в схеме
используется Г-образный L-C — фильтр (см. рис. 10, а) Благо-
даря фильтру в интервале периода Г(1 — к) энергия не полностью
поступает в контактную сеть, а частично запасается в конденсаторе
фильтра и передается в другую часть периода кТ в контакт-
ную сеть. Это обеспечивает непрерывность тока рекуперации, ко-
37
торый пульсирует в течение периода от i'^ до <^жт1я на уровне
среднего значения /р«сР. Средний за период ток можно опреде-
лить из баланса энергии, рекуперируемой за период в контактную
сеть	и вырабатываемой тяговыми машинами Длв:
Т -U„l. ср Т.	(40)
Подставляя в выражение (40) значение (7„ из формулы (39),
получим
Uep=/.ep(l-X).	(41)
Таким образом, с помощью импульсного регулятора ока-
зывается возможным передать энергию от тяговых машин с нап-
ряжением (Уд, в контактную сеть с более высоким напряжением
U, при этом ток рекуперации всегда меньше тока в цепи обмоток
якорей тяговых машин: 1^ ср//, ер = UM/U= 1 — Л. В рассматри-
ваемом случае работа импульсного регулятора подобна работе
повышающего трансформатора с коэффициентом трансформа-
ции k = 1/(1 — А).
При работе импульсного регулятора коэффициент запол-
нения А>0, поэтому исходя из выражения (39) для устойчивой
работы регулятора необходимо, чтобы иы<и. Если Ul9>U, то
обеспечить рекуперативное торможение по схеме (см. рис. 10, а)
не представляется возможным, так как после выключения регу-
лятора VI ток в цепи тяговых машин будет продолжать уве-
личиваться, что приведет к увеличению напряжения на тяговых
машинах и потере устойчивости.
В процессе торможения скорость движения вагона уменьша-
ется. соответственно уменьшаются частота вращения якорей и
э. д. с. тяговых машин 2£. Для сохранения неизменной тормоз-
ной силы необходимо поддерживать ток в цепи обмоток якорей
тяговых машин на заданном уровне /. ср = /. )rT = const. В процессе
торможения это условие выполняется благодаря автоматическо-
му изменению коэффициента заполнения к регулятора.
Как видно .из рис. II, все внешние характеристики (7М(/Я)
тяговой машины, работающей в генераторном режиме, располо-
жены ниже внешней характеристики контактной сети Это
подтверждает тот факт, что при равенстве токов /я=/ре. гр
рекуперацию энергии осуществить невозможно. С помощью им-
пульсного регулятора удается рекуперировать энергию при
/ре«с₽</я- При этом регулятор должен работать с коэф-
фициентом заполнения, определяемым из выражения (39),
А=1-[(2Е-/.2/?.)]/(Л	(42)
Э. д. с. тяговых машин 2Е определяется из внешних харак-
теристик для заданных значений частоты вращения якоря и тока
в цепи обмоток якорей тяговых машин. Условно можно счи-
тать, что тяговые машины в процессе торможения рекупери-
руют энергию в контактную сеть с изменяющимся напря-
жением (7(1 — к) (внешние характеристики для значении Ai. к? и
38
Рис. 11. Семейство внешних характерце
тик тяговой машины последовательного
возбуждения. работающей в генератор-
ном режиме
/а показаны штриховыми линиями). Точки пересечения этих ха-
рактеристик с соответствующими внешними характеристиками
тяговых машин определяют значения тока в цепи обмоток яко-
рей тяговых машин и соответственно тока рекуперации. Устой-
чивость работы тяговой машины в точках Л ।. Л2 и Л.з обеспечивает-
ся системой автоматического управления регулятором, с помощью
которой ток /, ср поддерживается на заданном уровне. Процесс
поддержания тока заканчивается при Х = 1, когда цепь тяговых
машин замыкается регулятором накоротко и 1/д,=0.
Из выражения (39) можно определить наименьшую ско-
рость движения вагона, при которой заканчиваются торможение
с поддержанием уставки по току и отдача энергии в кон-
тактную сеть,
е,2/?./(СФ).
Скорость от,„ невелика и составляет 2—4 км/ч в зависи-
мости от тока /„, т. е. рекуперативное торможение осущест-
вляется практически до полной остановки вагона. По мере
снижения скорости движения вагона ток рекуперации умень-
шается практически от	гр до нуля.
В процессе реостатного торможения вагона напряжение на
двух последовательно соединенных тяговых машинах достигает
1/дв=1500 В, что значительно превышает максимальный уровень
напряжения в контактной сети. При переходе к рекуператив-
ному торможению эти значения напряжения и уставки по току
якорей должны быть сохранены, чтобы не ухудшить эффектив-
ность торможения В связи с этим для согласования напря-
жений в контактной сети и на тяговых машинах при рекупе-
ративном торможении необходимо использование резистора Z?TH
(см. рис. 10, а). Наличие этого резистора приводит к уменьше-
нию доли рекуперируемой энергии, однако позволяет сохранить
эффективность торможения. Сопротивление резистора /?,« сле-
дует выбирать таким образом, чтобы при заданной устав-
ке по току якорей тяговых машин в диапазоне измене-
39
ния скоростей движения вагона, при которых	выпол-
нялось условие
Utt—l"pR„<U.	(43)
Исходя из условия (43) можно определить
R»>(U„ max min )//..	(44)
где Ut,m„ — максимальное напряжение на тяговых машинах;
1/тт минимальное напряжение в контактной сети.
При работе э. п. с, в режиме торможения рекуперируемая
энергия может быть полезно используема в тех случаях, когда
на тяговых подстанциях имеются инверторы или одновременно
с торможением одного состава осуществляется пуск другого
состава. Во всех других случаях появляется избыток рекупе-
рируемой энергии, которая накапливается в фильтровом кон-
денсаторе Сф, вызывая на нем увеличение напряжения (7ф.
При достижении этим напряжением заданного уровня 1/уст, ко-
торый применительно к существующему э. п. с. не должен превы-
шать 1000 В, параллельно тяговым машинам автоматически
с помощью тиристора V3 подключают тормозной резистор /?q>,
в котором поглощается избыточная энергия (см. рис. 10, а).
Коэффициент заполнения М тиристора V3 в интервале каж-
дого периода работы регулятора VI зависит от значения избы-
точной энергии рекуперации и для поддержания U^=U^ авто-
матически регулируется в диапазоне	Xi . При этом
осуществляется слежение за уровнем энергии, которая может быть
передана в контактную сеть. Процесс следящего рекуперативно-
реостатного торможения при исчезновении потребителя энергии
автоматически замещается реостатным торможением, чему соот-
ветствует работа тиристора УЗ с /.<= I—Л|.
В процессе торможения вагона автоматически увеличивает-
ся коэффициент заполнения Xi регулятора 17. Коэффициент за-
полнения регулятора VI достигнет предельного значения А=1
при скорости вагона
е.=|/.<,(2Л.4-₽™)|/(СФ),	(45)
Эта скорость составляет примерно 25 км/ч. Для того чтобы про-
должать рекуперативное торможение при /РгКср>»0 и /ЯсР = Аст,
необходимо шунтировать резистор /?,„ при одновременном скач-
кообразном уменьшении коэффициента заполнения регулятора
V/ до значения Хш, определяемого из условия сохранения тока
на прежнем уровне после шунтирования R1H тиристором V4 (см.
рис. 10, а). Коэффициент заполнения л,,, вычисляют по выра-
жению (42). После шунтирования резистора R,„ процесс рекупе-
рации продолжается при /И1р~Лст, /<•₽ ре» ~/я ср( 1 — X), а коэффи-
циент заполнения регулятора автоматически изменяется от Х = Х,„
до 1. После уменьшения скорости движения вагона до i'mjn и до-
стижении Х=1 процесс рекуперативного торможения заканчи-
вается. Дальнейшее торможение продолжается при закорочен-
40
пых тяговых машинах и линейно уменьшающемся токе в цепи
обмоток якорей тяговых машин.
В диапазоне скоростей движения, когда работает только
регулятор возбуждения, обеспечение надежной работы электро-
оборудования при переходных процессах, связанных со скач-
ками напряжения в сети, проездами токоразделов, отрывами
токоприемников и т. п., связано со значительным усложнением
системы регулирования. Для повышения надежности работы
электрооборудования вагона целесообразно осуществлять реку-
перативное торможение при одновременной работе регулято-
ров VI и V2, что позволит использовать регулятор VI не только
для изменения напряжения, но и как быстродействующую защиту
тяговых машин при переходных процессах, а также для обеспе-
чения следящего рекуперативно-реостатного торможения, при
котором одна часть электрической энергии от тяговых машин пе-
редается в контактную сеть, а другая поглощается в тормоз-
ных резисторах.
Глава II
ЭКОНОМИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ НА ТЯГУ
ВАГОНОВ МЕТРОПОЛИТЕНА С БЕЗРЕОСТАТНЫМ ПУСКОМ
И РЕКУПЕРАТИВНЫМ ТОРМОЖЕНИЕМ
4. Составляющие общего расхода электроэнергии
Электрическая энергия, потребляемая в процессе движения
вагона, расходуется на его тягу, покрытие потерь в контакт-
ной сети и других устройствах электроснабжения и на питание
вспомогательных цепей вагона. Электроэнергия, используемая
на тягу вагона, составляет 85—87 % общего расхода электро-
энергии и затрачивается на преодоление сопротивления движе-
нию вагона, в устройствах торможения при остановках и из-
менении скорости движения вагона, на покрытие потерь в тя-
говых машинах, передаточных механизмах и пусковых устройст-
вах. Расход электроэнергии. Вт-ч, на тягу вагона массой т, т.
при его движении по горизонтальному участку пути длиной S,
км, можно определить по упрощенной формуле [I]:
.4 = I 000 m Г + Ю.7 • 10-3(l -t- Y )( ’ +	’	(46)
где g— ускорение свободного падения тела;
а>Ср среднее значение удельного основного сопротивления движению, Н/кН;
г|гр — средний к. п. д. тяговых машин и передач;
1+у — коэффициент инерции вращающихся частей;
V, скорость начала торможения вагона, км/ч;
коэффициент пусковых потерь;
и„ — скорость движения вагона в конце пуска, км/ч.
41
Из выражения (46) следует, что расход электроэнергии на тягу
вагона прямо пропорционален его массе. Вагоны метрополитена
имеют значительную собственную массу тг, которая более чем
в 3 раза превосходит среднюю нагрузку вагона (масса тп с₽ пас-
сажиров) и в 1.5 раза максимальную т„„. Так. собственная
.масса вагона Е составляет т, = 31.7 т, а вагона 81.717 (81.714)
тт=33,5 т (при среднем значении массы пассажиров Эти мак-
симальном 20—22 т).
Средняя масса перевозимых пассажиров в вагонах Е и 81.717
(81.714) соответственно составляет 22 и 21 % обшей массы
т =	4- т„ <-р вагонов. Значительную долю в собственной массе
вагона составляет масса электрооборудования, которая равна 5 т
на вагоне Е и 6.8 т на вагоне 81.717. Если считать, что на пе-
ревозку вагона обшей массой ш«40 т расходуется 100 % элект-
рической энергии, то при изменении собственной массы вагона
на 400 кг расход электрической энергии на тягу вагона изменя-
ется на 1 %. Сокращение расхода электрической энергии путем
уменьшения собственной массы вагона возможно в результате
внедрения новых более легких материалов для изготовления
кузова и совершенствования электрооборудования вагона.
Если собственные массы вагонов неизменны, при анализе эко-
номической эффективности использования э. п. с удобнее пользо-
ваться не абсолютным, а удельным показателем расхода элект-
рической энергии, Вт-ч/ (т-км)
а=Л/(5ш).	(47)
В тех случаях, когда вагоны имеют различные собственные
массы, оценка их эффективности использования по удельному
расходу электрической энергии приведет к неверному результату.
Составляющие расхода электрической энергии при заданных
скоростях сообщения определяются свойствами тяговых машин и
системой электропривода и могут быть уменьшены путем их со-
вершенствования.
К этим составляющим относятся потери в устройствах пуска и
торможения вагонов.
При реостатно-контакторном управлении вагоном и переклю-
чении тяговых машин в процессе пуска с последователь-
ного на последовательно-параллельное соединение на покры-
тие потерь в пусковых резисторах расходуется энергия Дп. рав-
ная примерно половине кинетической энергии вагона Д„ при ско-
рости его движения, соответствующей скорости са выхода тяговых
машин на автоматическую характеристику при полном возбуж-
дении. Удельные потери энергии в пусковом резисторе (Лц/Д)Х
XI00 % при существующих скоростях сообщения и разгоне ва-
гона до скорости зависят от длины перегона S и составля-
ют примерно 10 % при коротких и 4 % при длинных перегонах.
Стоимость электрической энергии, теряемой в пусковых рези-
42
сторах, на один вагон в год составляет от 200 до 500 руб
и зависит от условий движения.
К моменту начала торможения вагон обладает кинетичес-
кой энергией
л I ооо
" З.в» 2 ’
где г«п=(1 4-у) ш приведенная масса вагона.
Большая часть этой энергии в процессе реостатного торможе-
ния преобразуется в тепловую, которая выделяется в виде потерь
Лг в тормозных резисторах, тяговых машинах, передаточных ме-
ханизмах и тормозных колодках. Приближенно можно считать,
что потери при торможении 4,«4tll~v? значительно превы
шают потери при пуске, так как
Потери при торможении возрастают с увеличением скорости
сообщения вследствие увеличения скорости начала торможения
При существующих эксплуатационных скоростях о» сообщения
потери в процессе торможения .4Т составляют 24 28 % всей
энергии А, затрачиваемой на тягу вагона, причем увеличение
скорости сообщения на 10% приводит к возрастанию этих потерь
до 30—35 %. Увеличение скорости сообщения связано со значи-
тельным повышением расхода электрической энергии при резком
возрастании потерь ггри реостатном торможении Лт.
Рассмотрим возможные пути снижения потерь энергии при
пуске (Лп) и торможении (Лт) вагона. При реостатно-контактор-
ном управлении вагоном уменьшить потери в пускотормозных
резисторах возможно путем увеличения ускорения вагона при
пуске. Диаграммы изменения скорости сообщения вагона
(рис. 12. а) построены при одинаковых длинах перегонов и сред-
ней скорости на перегоне и при различных ускорениях. Бла-
годаря более быстрому разгону вагона с ускорением at отключе-
ние тяговых машин от контактной сети осуществляется рань-
ше (точка Л।). чем при движении вагона с ускорением ад (точ-
ка Ла). В результате при одной и той же средней скорости
Рис 12. Диаграммы изменения скорости вагона при движении по перегону 5 со
среднетехнической скоростью и при различных ускорениях (а) и замедлениях
(б);
/. 2 — при ускорении н	и при эамгллении и
43
движения скорость начала торможения будет в первом случае
меньше, чем во втором (Oti<Vt?). В связи с этим с повыше-
нием ускорения при пуске снижаются потерн при торможении.
Увеличить ускорение при пуске вагона можно, если исполь-
зовать тяговые машины повышенной мощности.
Расход электрической энергии снижает и увеличение замед-
ления при торможении. Как видно из рис. 12,6, увеличе-
ние замедления при торможении с 6Т| до Ь12 позволяет снизить
скорость начала торможения с vTi до и,2 и, следовательно, сок-
ратить расход электрической энергии. Увеличение замедления
на вагонах метрополитена, так же как в ускорения при пуске,
возможно путем повышения мощности тяговых машин. Однако
увеличение мощности тяговых машин ограничено, с одной стороны,
габаритными размерами, с другой мощностью системы энерго-
снабжения. Выпускаемые тяговые машины (например, типа ДК-
117) имеют мощность, близкую к максимально возможной с учетом
указанных ограничений. В связи с этим при реостатно-
контакторном управлении вагоном и сохранении мощности
системы энергоснабжения и массы вагона уменьшение расхода
электрической энергии можно добиться только благодаря рацио-
нальной организации движения поезда. Задержки движения и
связанные с ними нагоны опозданий приводят к значитель-
ному увеличению потребления электрической энергии.
Сокращения расхода электрической энергии на тягу в усло-
виях метрополитена можно добиться при внедрении нового
подвижного состава с безреостатным пуском и рекуперативно
реостатным торможением.
5. Эффективность рекуперативного торможения
Применение в схеме силовой цепи вагона тиристорных регу-
ляторов позволяет обеспечить режим рекуперативного торможе-
ния. При этом режиме теоретически можно возвратить в сеть
большую часть кинетической энергии, которой обладает вагон к
моменту начала торможения,
Лр = Л,т], = (Лт«— I (XXIwi^w, ,
где >], — к. п. д тяговых машин и тиристорного преобразователя;
в', — среднее значение основного удельного сопротивления движению на тор-
мозном пути.
Если условно принять г),=0,8-т-0,75, то при существующих ско-
ростях сообщения энергия рекуперации может составлять около
20 % энергии, затрачиваемой на тягу вагона. При повышении ско-
рости сообщения на 10 12 % энергия рекуперации возрастает до
30—35 %.
Применение только рекуперативного торможения на вагонах
метрополитена по условиям обеспечения безопасности движения
недопустимо. В случае исчезновения напряжения в контакт-
ной сети или потребителя электрической энергии в схеме си-
44
левой цепи вагона должен быть предусмотрен автоматический
переход на следящее рекуперативно-реостатное или реостат-
ное торможение. Кроме того, для согласования напряжений на
тяговых машинах и в контактной сети при рекуперативном тормо-
жении в цепь тяговых машин включен резистор /?™ (см.
рис. 10). Наличие резистора /?,„ приводит к тому, что рекупера-
тивная энергия уменьшается:
Лг = Дт1],Пр.
где t)p - схемный к. п. л рекуперации, которым учитываются потери анергии
Ле, в резисторе
Схемный к. п.д. рекуперации |)г=(Д,г|т — Л₽в)/(Л,»ь).
На рис. 13 в качестве примера показаны зависимости мощ-
ности Р,, генерируемой двумя машинами ДК-Ю8-А1 и мощности
PRm, выделяемой в резисторе /?,н, в функции скорости и времени
в процессе рекуперативного торможения при одновременной
работе двух регуляторов (см. рис. 10) и реализации предель-
ных тормозных характеристик (рис. 14, а и б). Из приведенных
зависимостей (см. рис. 13) следует, что схемный к. п. д. рекупера-
ции зависит от скорости о, начала торможения. Так, если реку-
перативное торможение (напряжение в контактной сети U =
= 800 В и /?т»«2 Ом) начинается при о, = 90 км/ч, то Пр»о =
= 0,49.
45
По мере снижения скорости начала торможения увеличи-
вается и при 1^ = 32 км/ч составляет 100 %. При ут=32 км/ч
напряжение на двух тяговых машинах равно 800 В и для осу-
ществления рекуперативного торможения резистор R™ не требует-
ся, поэтому он шунтируется. При более высоком напряже-
нии в контактном рельсе 800 В<1/<975 В резистор R™ будет
шунтироваться при более высоких скоростях сообщений и схем-
ный к. п. д. рекуперации повысится. Так, при L/=960 В схемный
к. п. д. рекуперации увеличится до 0,53. Из приведенных цифр
Ряс. 14. Предельные характеристики торможения тяговой машины
ДК 108-А!
46
следует, что i]P мало зависит от напряжения в контактной сети
и составляет примерно 0,5, т. е. сравнительно невелик. Увели-
чить схемный к. п. д. рекуперации возможно двумя путями: плав-
ным регулированием сопротивления по мере снижения скорости
движения вагона и введением режима торможения с зашун-
тированным /?т„.
Для регулирования сопротивления резистора /?1И(см. рис. 10)
необходимо использовать тиристор V4 с системой гашения или
использовать для его выключения устройство для выключения
прерывателя VI, которое должно одновременно выключать ти-
ристор V4 и тиристоры прерывателя VI. Сопротивление резистора
/?,„ в функции коэффициента заполнения тиристора V4 будет
изменяться: /?гн>=/?тн(1 — а<) Коэффициент заполнения изме-
няется так, чтобы при любой скорости движения в про-
цессе торможения выполнялось условие [43] и /?ти» = (2(71Р — U)/l„.
На рис. 13 штриховой линией показана зависимость мощности
потерь в резисторе RT« при непрерывном регулировании его сопро-
тивления. При скорости начала торможения 90 км/ч схемный
к.п.д. рекуперации увеличивается до 0,7. Повышение к.п.д.
рекуперации достигается путем усложнения схемы силовой цепи
вагона, что приводит к увеличению массы и стоимости тиристор-
ного преобразователя.
Увеличение схемного к. п. д. рекуперации дри работе вагона
не в часы «пик» достигается благодаря тому, что торможение
осуществляется при зашунтированном резисторе R1M. В этом слу-
чае напряжение на тяговых машинах для обеспечения работы пре-
образователя должно быть меньше напряжения в контакт-
ной сети U, а следовательно, и меньше напряжения «»>< кото-
рое достигается при торможении по предельной характери-
стике. Это приведет к уменьшению мощности, развиваемой тя-
говой машиной при торможении, и увеличению тормозных путей.
При напряжении в контактной сети 800 В, торможении ваго-
на 81.717 (уставка по току 400 А) и скорости начала тормо-
жения 70 км/ч переход к режиму торможения с зашунтиро-
ванным резистором приводит к увеличению тормозных путей по
сравнению с предельными на 13 %, а времени торможения на
II %. Использование режима рекуперативного торможения с
зашунтированным резистором позволяет обеспечить схемный
к.п.д. рекуперации i)P=l и в 1,4 раза повысить энергию ре-
куперации по сравнению с предельным режимом рекупера-
тивного торможения благодаря исключению потерь в резисторе
RT„. Следует отметить, что использование рекуперативного тор-
можения с Лр=1 и увеличенными тормозными путями вносит
определенную специфику в процесс управления вагоном и тре-
бует дополнительных проработок, связанных с системой управ-
ления вагоном, организацией движения и обеспечением безопас-
ности движения. Таким образом, при существующих скоростях
движения и Tip«0,5 экономия электрической энергии от использо-
47
вания рекуперативного торможения составляет около 10% всей
энергии, потребляемой на тягу. С увеличением скорости сообще-
ния на 10—15% и схемного к. п. д. до т]р®0,7 этот показатель уве-
личится до 17 %.
6. Расход электроэнергии на тягу вагонов метрополитена,
оборудованных импульсными регуляторами напряжения
Расход электроэнергии на тягу при импульсном безреостат-
ном пуске и рекуперативно-реостатном торможении тяговых ма-
шин складывается из потерь: на тяговых подстанциях и в кон-
тактной сети, в тиристорных преобразователях, тяговых машинах,
добавочных резисторах, зубчатой передаче, на преодоление основ-
ного сопротивления движению.
На тяговых подстанциях метрополитена устанавливают вып-
рямительные агрегаты УВКМ-5М, УВКМ-6. коэффициент полезно-
го действия которых при выпрямленном токе 1600—3200 Л сос-
тавляет 97,5%. С учетом потерь в уравнительных реакторах
к. п. д. тяговой подстанции может быть принят 0,95.
Потерн в контактной сети представляют собой разность между
энергией, поступившей от подстанции, и энергией, потребляе-
мой электропоездом. Энергоснабжение вагонов осуществляет;
ся от контактного рельса, имеющего площадь сечения 6600 мм2
и удельное сопротивление 0,122 0,134 Ом-мм2/м. Полное сопро-
тивление тяговой сети представляет собой сумму сопротив-
лений контактного рельса, рельсового пути, питающих и отсасы-
вающих кабелей. Потери мощности в тяговой сети
•t
I
где /„, — пусковой ток тяговых машин, А:
R,< сопротивление тяговой сети. Ом.
Суммарное сопротивление контактного рельса, отсасывающих
кабелей и рельсового пути
ff =У/?= ^-1 .+ ^2-1 + J-/ .
'ииб	Кр	F
где г.р и Гр удельное сопротивление кабелей, контактного рельса и
рельсового пути;
•««б и /ш-в;	— соответственно плошали сечения и длины кабелей , кон -
и <Sp и /Р тактного рельса и рельсового пути.
Принимая среднее расстояние от пускаемого поезда до тяго-
вой подстанции 250 м, получим /?гс®0,01 Ом.
Ниже приведены результаты расчета тока, потерь и к. п д.
тяговой сети для восьмивагонного состава при пусковой мощно-
сти тяговой машины 150 кВт:
48
Напряжение сети. В	750	шоо
Ток сети. А	8000	6000
Падение напряжения в сети, В	80	60
Потери в сети. кВт	640	360
К. п. д. сети	0.893	0.94
Средний к. и. д. тяговой сети метрополитена при напряжении
825 В составляет 0,92—0,94.
Потери в тяговых машинах ЛРл, состоят из потерь: элект-
рических, в стали, механических и добавочных. Как известно, элек-
трические потери в обмотках тяговой машины
где 1т — пусковой ток якоря;	А/’» = /»пг>«,
гт — активное сопротивление обмоток тяговой машины
Используя соотношение между пусковой силой тяги Fn, пус-
ковым током /яп и потоком Ф«:
F п=3.6СФ, /яп»
получим Л/’»=(Г5га,)/(3.6,С2Ф2)=Лгд./(С2Фп).
Так как СФ<,яа Uu/vn, то
р2
ЛР = 4 —г	.«и,
1	U 2 л»	(4в)
Добавочные потери для машин постоянного тока при номиналь-
ной нагрузке принимают при отсутствии компенсационной об-
мотки равными 1% подводимой мощности. Для других нагрузок
эти потери пересчитывают пропорционально квадрату тока нагруз-
ки. В машинах постоянного тока мощностью до 500 кВт механичес-
кие потери составляют соответственно около 0,2—1% номиналь-
ной мощности машины Механические потери состоят из потерь:
в подшипниках, на трение щеток о коллектор и вентиля
ционных. Потери в подшипниках определяют по формулам, извест-
ным из курса деталей машин. Они зависят только от частоты
вращения якоря и не зависят от нагрузки. Потери на трение
щеток прямо пропорциональны частоте вращения якоря, а венти-
ляционные потери пропорциональны третьей степени частоты вра-
щения якоря машины.
Потери в стали состоят из потерь на гистерезис и
токи. Эти потери
вихревые
(«/*«)*.
где Р» — удельные потери при стандартных значениях частоты и индукции
В... Вт/кг.
В максимальное значение индукции в данном элементе. Тл;
I, — частота перемагничивания. Гц.
Так как неучет потерь в стали, механических и добавоч-
ных потерь в процессе разгона до выхода на естественную
характеристику полного возбуждения способен изменить расход
энергии на тягу не более чем на 3% (при реально ожидаемых
технических скоростях), а их приближенный учет в этом диа-
49
пазоне скоростей не может дать ощутимых погрешностей, допусти-
мо учитывать зависимость потерь в стали и механических потерь
от скорости движения квадратичной параболой
Лр
АР' + АР =——-------------v2
ст ’ «ст	2	“ •
%
где ЛР;,, APi«« — потери при некоторой скорости Р<0л;
ЛРг,., АР.е.л — потери при скорости V».
Область к. п. д., построенная по характеристикам тяговых
машин (рис. 15), ограничена кривыми, построенными по уравне-
нию
П.п = Рп/(/’г + ХЛР„),
где Р, — пусковая мощность двигателя. кВт
Ввиду существенной зависимости конечных результатов рас-
чета расхода энергии на тягу от точности учета потерь энергии
в тяговых машинах расчет ведут с учетом ожидаемых превыше-
ний температуры обмоток тяговых машин т. ож, тц, ож, т„ о« над
температурой окружающей среды в расчетном режиме работы.
Ожидаемые превышения температуры обмоток в первом приб-
лижении могут быть оценены
Тож Т/ож //о<« ,
где — эффективный ток обмотки, полученный в процессе тягово-эиерге-
тнческнх испытаний,
/ож —ожидаемый эффективный ток обмотки.
На ожидаемые превышения температуры должны быть перес-
читаны активные сопротивления каждой из обмоток тяговой
машины.
Активное сопротивление обмотки при ожидаемом превыше-
нии температуры. Ом
Г ож == Го|1 -|-а(т„. — То)|,
где го — активное сопротивление обмотки при температуре 20 °C, Ом.
То превышение температуры, при которой приводятся справочные данные
по активному сопротивлению обмоток, to ««20 °C;
а—коэффициент температурного изменения сопротивления меди: а =
= 0.0039 (1/°С)
При использовании для пуска тяговых машин импульсного
регулятора напряжения из силовой цепи вагона пусковые ре-
Рис. 15. Зависимость к.п.д. тяговых ма
шнп ДК 102. ДК 104, ДК-108. ДК 10811,
ДК-115, ДК-117 и РТ-113 от пусковой
мощности
50
зисторы исключаются. Одна-
ко это не означает, что потери
при пуске уменьшились на
значение потерь в пусковых
резисторах. Тиристорно-им-
пульсный регулятор не явля-
ется идеальным преобразова-
телем, не имеющим потерь.
В элементах преобразовате-
ля (тиристорах, диодах, кон-
денсаторах. реакторах) в
процессе их работы выделя-
ется энергия, которая преоб-
разуется в этих элементах в
тепловую. Для исключения
недопустимого нагрева эле-
ментов преобразователя не-
обходимо, чтобы преобразо-
ватель имел хорошую вен-
тиляцию. Попытаемся оценить
Рис. 16. Принципиальная схема вагона
с двухоперационным преобразователем
при работе в тяговом режиме
эти потери и сравнить их с поте-
рями в пусковых резисторах.
В качестве примера рассмотрим двухоперационный регулятор,
работающий при неизменной частоте /=const, коэффициенте за-
полнения Л и токе в цепи обмоток якорей тяговых машин /вср =
= const. Регулятор работает следующим образом. Каждый пе-
риод при включении рабочего тиристора VI (рис. 16) к цепи
тяговых машин, в которую для сглаживания пульсаций тока
включен реактор Lv, прикладывается напряжение источника пи-
тания. Другие элементы регулятора — обратные диоды V4 и V5,
разделительный диод V3 и вспомогательный тиристор V2 обес-
точены. Для выключения тиристора VI используется вспомо-
гательный тиристор V2 и коммутирующий /.«-С»-контур. В интер-
вале периода (1—К) Г токи обмоток якорей и возбуждения тя-
говых машин замыкаются через диоды V4 и V5, причем тиристо-
ры VI и V2 обесточены.
Вспомогательные тиристоры V2 проводят ток кратковремен-
но в течение 5—7 % периода н работают одновременно с рабочи-
ми тиристорами. Суммарная длительность проводящего состоя-
ния рабочих тиристоров и обратных диодов составляет 93—95 %
периода. Если регулятор работает с коэффициентом запол-
нения к, то приближенно можно считать, что одну часть периода
кТ проводят ток рабочие тиристоры VI, а другую .(1—Х)Г —
обратные диоды. Потери в тиристорах и обратных диодах;
АР, - И u«, / +	): ДР, =( 1 -	/ + **./*).
где / — ток. протекающий через вентиль;
и„, и но, пороговые напряжения по вольт-амперной характеристике тнри
стора и диода;
/?„ и Р„ дифференциальные сопротивления тиристора и диода.
51
В разработанных для вагонов метрополитена преобразовате-
лях число п последовательно включаемых рабочих тиристоров
и обратных диодов одинаково, а число т параллельных вен-
тилей выбирается таким образом, чтобы средний ток через при-
бор не превышал допустимого значения. В этом случае для упро-
щения расчетов потери в рабочих тиристорах и обратных диодах,
обтекаемых током в течение части периода, можно приравнять к
потерям в условной группе полупроводниковых приборов, по ко-
торым протекает ток / в течение всего периода. Число их тп равно
числу рабочих тиристоров, а падение напряжения At/ на приборе
соответствует току l = l,cf/m.
Падение напряжения на тиристорах ТЛ200, ТЛ171-320, ТБ200,
работающих с допустимыми значениями токов при естествен-
ном охлаждении, At/% 0,8 В и незначительно отличается от па
дения напряжения на диодах, которые работают с теми же токами
Потери энергии в полупроводниковых элементах преобразова-
теля за время пуска /„ вагона:
\Av = k,,nXUI^ ср/„
где k, коэффициент, которым учитываются коммутационные потери и поте-
рн в тиристорах VH и V6\ к, 1,2 ~ 1,3.
Потери в остальных элементах преобразователя определяются
следующим образом. Резисторы, шунтирующие последовательно
включенные полупроводниковые приборы, используются для обес-
печения равномерного распределения напряжения между этими
вентилями и обтекаются током в моменты времени, когда по-
лупроводниковые приборы не проводят тока. Потери энергии в
резисторах
где R - сопротивление резистора, шунтирующего один вентиль.
Потери в /?С-цепях, шунтирующих полупроводниковые приборы
при последовательном соединении для выравнивания напряжений
при переходных процессах, определяются исходя из того, что в те-
чение каждого периода происходит заряд и разряд конденсатора
этой цепи:
\AKC = NCU1ft„.
где .V общее число ЯС-цепей в преобразователе.
Потери в коммутирующем конденсаторе (?«:
9
tgw,.
где — действующее напряжение на коммутирующем конденсаторе;
tg6 коэффициент потерь конденсатора.
52
Потери в конденсаторе Сф фильтра:
\Ac^2AfC^Uc^tgf>tn.
где ^Сл — Действующее значение переменной составляющей напряжения на кон-
денсаторе фильтра
Потери в реакторе фильтра АЛ/, и сглаживающих реакторах
Л^,= 'Иф ЛЛц-/2^^(.
тле Л» н /,ф. эффективные токи в контактной сети и цели тяговых машин;
/?Ф и Л tp — активное сопротивление реактора фильтра и сглаживающего
реактора.
Пример. Определим потери энергии в элементах преобразователя, исполь-
зуемого в силовой цепи вагона (см рис 19). Расчет будем проводить
исходя из следующих условий: напряжение в контактной сети 900 В, движе-
ние семивагоиного состава осуществляется со среднетехнической скоростью
48 км/ч по горизонтальной площадке на перегоне 1700 м, время стоянки 25 с, масса
одного вагона при максимальной нагрузке 53,5 т. уставка по току в цепи обмоток
якорей тяговых машин ДК-117 при пуске 500 А и торможении 420 А, 0=0.28
при пуске и 0,48 при торможении. Параметры элементов тиристорного преоб-
разователя рассчитывались для следующих условий эксплуатации вагона:
напряжение в контактной сети от 550 до 975 В, максимальный коэффициент пуль
саций тока в цепи обмоток якорей тяговых машин 0,15.
Расчетные параметры элементов преобразователя на каждую группу тяговых
машин составляют: емкость коммутирующего конденсатора типа ГСТ С« =
= 100 мкФ (tg6 =0.003), рабочие тиристоры типа 171-171-320 9 шт. (я = 3.
т=3), вспомогательные тиристоры 6 шт. (п —3, т— 2), обратные диоды
В71200	6 шт. (n = 3. т = 2) и разделительные диоды 3 шт. (п=3. эп=Ц
индуктивность сглаживающего реактора 4,5 мГн и сопротивления R =0,018 Ом.
индуктивность реактора в цепи перезаряда коммутирующего конденсатора
120 мкГн, реактора в цепи рабочих тиристоров 30 мкГн, емкость фильтрового
конденсатора ФСТ в общей цепи питания тяговых машин Сф=900 мкФ
(tgfl = 0.0<)3), индуктивность фильтра 2.5 мГн и сопротивление 0,018 Ом.
На основании проведенного тягового расчета установлено, что максималь-
ная скорость в конце разгона состава составляет п«„ = 69,5 км/ч. а скорость нача
ла торможения — 48 км/ч. Время разгона состава до максимальной скорости
составляет 24,5 с, торможения 9.2 с. а выбега — 68.8 с. Среднее ускорение
при пуске 0,8 м/с2, среднее замедление при торможении 1,44 м/с2. Средний
гок в цепи обмоток якорей каждой группы тяговых машин 212 А, эффективное
значение этого тока 252 А
В процессе разгона вагона до скорости 69,5 км/ч израсходована элект-
рическая энергия А = /ср1//„. При максимальном токе в цепи обмоток якорей
тяговых машин 500 А ток в контактной сети изменялся от 1(Ю А -
•0,1) до 970 А (А,,,,,=0,97). Коэффициент заполнения преобразователя в про-
цессе пуска изменяется за 4 с от 0.1 до 0,97. после чего разгон продолжа-
ется с А=А,,„. Среднее за время пуска значение тока в контактной сети
/,„=756 А. Если принять электрическую энергию, израсходованную за время пус-
ка. за 100 %, то потери в элементах преобразователя будут составлять: в
тиристорах и диодах 0,36 %, в /?С-цепях и резисторах, шунтирующих полу
проводниковые вентили. 0.14 %, в коммутирующем конденсаторе 0,10 %, в ре-
акторе перезаряда (благодаря эффекту вытеснения тока) 0.24 %. в конденсаторе
фильтра 0,0005%. в реакторе фильтра (/, = 767 А) 1,7%. в сглаживающих
реакторах 1.03% итого 3,6 %
53
Основная доля потерь в элементах преобразователя 75 % выделяется в
сглаживающих реакторах (28 %) и реакторе фильтра (47 %). Вагон 81.717
с реостатно-контакторным управлением по сравнению с вагоном с тиристор-
но импульсным управлением при одинаковых тяговых машинах, массе и скорости
движения имеет худшие динамические и энергетические показатели. Это объяс-
няется тем, что при реостатно-контакторном управлении средний уровень тока сос-
тавляет 420 А при бросках тока до 500 А, а при торможении в зоне
регулирования тока возбуждения ток в цепи обмоток якорей тяговых машин ог-
раничен на уровне 36в А. а в зоне ступенчатого регулирования тормозного
резистора— на уровне 420 А
Вагон с реостатно-контакторным управлением при реализации той же средне
технической скорости и (7 = 9(Ю В имеет время разгона, выбега и торможения
соответственно 26.0. 65.5 и 11 с. Разгон вагона с реостатно-контакторным уп-
равлением осуществляется на 1.5 с медленнее, чем вагона с тиристорно-им-
пульсным управлением Потерн в пусковом резисторе составляют 4.5% электри-
ческой энергии, потребляемой вагоном в процессе разгона. Благодаря ис-
ключению пускового резистора и лучшим показателям динамики вагон с ти-
ристорно-импульсным управлением без учета энергии, рекуперируемой в сеть
при торможении, имеет расход электрической энергии на 2,6% меньше, чем
при реостатно-контакторном управлении
Глава III
ТЯГОВЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ
7.	Конструктивные параметры и технические характеристики
Конструктивные параметры. На отечественных вагонах метро-
политена в качестве тяговых широкое применение находят
электрические машины постоянного тока последовательного
возбуждения. Это объясняется тем, что они имеют высокий к. п. д.,
рациональные для целей тяги естественные характеристики, а
также тем, что регулирование частоты вращения их якорей может
быть осуществлено сравнительно простыми средствами. На первых
вагонах постройки 1934 г. (тип А) были установлены тяговые
машины ДМП-151. Они имели массу 2340 кг и номинальную мощ-
ность 153 кВт при номинальных токе 225 А и напряжении
750 В. В режиме тяги все четыре тяговые машины вагона под-
ключались параллельно к контактной сети. Коэффициент их
полезного действия в номинальном режиме работы при частоте
вращения 968 об/мин составлял 90,5%.
При оценке параметров тяговых машин ДМП-151 следует
иметь в виду, что вагоны А эксплуатировались в составе с немо-
торными вагонами Б, поэтому число моторных осей в составе
составляло около 50%. На вагонах Г, выпуск которых начался в
1946 г., устанавливали тяговые машины ДК-102 массой 1490 кг.
Они имели номинальную мощность в часовом режиме работы
83 кВт при номинальных напряжении 375 В. токе 248 А и частоте
вращения 1160 об/мин. В силовой цепи вагона Г две тяговые ма-
шины подключены последовательно к контактной сети с напряже-
54
нием 750 В, следовательно, номинальное напряжение на каждой из
них составляет 375 В.
В дальнейшем вагоны метрополитена выпускались со всеми мо-
торными осями. Удельная пусковая мощность вагонов Г по срав-
нению с удельной пусковой мощностью вагонов А и Б
возросла. С учетом сокращения массы тары удельная пусковая
мощность вагонов Г при массе груза 9 т составляет 9,5 кВт/т,
что на 30% больше, чем у вагонов А и Б. Удельную пусковую
мощность рассчитывают как отношение суммарной пусковой
мощности, развиваемой в режиме пуска всеми четырьмя тяго-
выми машинами вагона, к полной массе вагона с учетом номи-
нальной массы груза 9 т и инерции вращающихся масс вагона
Рп = 4/э„/|тв(1 + т) J,
где Р, — пусковая мощность одной тяговой машины. кВт;
т, — масса вагона с массой груза 9 т;
(1+т) — коэффициент инерции вращающихся масс, равный 1,1
Пусковая мощность — это мощность, развиваемая тяговой
машиной при номинальном напряжении на зажимах и пусковом
токе,
Рп = т UIK/n — SAP,
где гп — число параллельных групп тяговых машин,
л — число тяговых машин на вагоне;
U — напряжение контактной сети;
/.	— пусковой ток тяговой машины,
SAP - суммарные потерн мощности в тяговой машине.
С достаточной для практических целей точностью, пренеб-
регая магнитными, механическими и добавочными потерями в тя-
говых машинах и учитывая только электрические потери, составля-
ющие около 70% суммарных потерь, можно определить удельную
пусковую мощность вагона
(mU
р,=х /и^1+у)	’
где г,„ — омическое сопротивление всех обмоток тяговой машины
В табл. 3 приведены основные данные, характеризующие мощ-
ность тягового привода вагонов метрополитена.
Импульсное регулирование частоты вращения якорей Тяговых
машин используют на вагонах с тяговыми машинами ДК-108А,
ДК 1I6A и ДК I17A. Ввиду важности учета конструктивных пара-
метров, технических характеристик и различного рода показа-
телей тяговых машин при рассмотрении режимов работы тягового
привода, оценке уровня использования тяговых машин в эксплуа-
тации, а также при расчетах пульсаций напряжений и токов в
цепях тяговых машин далее приведены основные сведения по тя-
говым машинам, используемым на вагонах 81.710, 81.714,
55
Таблица 3
Тип нагона	Тип тяговой машины	Масса тяго- вой машины, кг	Номинальная мощность. кВт*	Пусковая мощ- ность. кВт**	Масса та- ры ваго- на. т	Удельная пусковая мощность, кВт/т**
Л -и Б	ДМП-151	2340	168	210	88	7,2
			153			
Г	ДК-102Г	1490	92	135	43,7	9.3
			83			
д	ДК-104Д	700	81 73	НО	36.2	8,9
81.710	ДК116А	630	80 72	100	32.5	8.8
81.717,	ДК117А	740	122	130	34	II
81 714			НО			
* В числителе при напряжении на токоприемнике 825 В, в знаменателе 750 В
•• При массе трута яачэиа 9 т и фактическом напряженки на токоприемнике нагона 825 В.
81.717 с импульсными регуляторами токов обмоток возбуждения
(табл. 4).
Технические характеристики. К основным техническим харак
теристикам тяговых машин относятся показатели, определяющие
следующие четыре режима их работы: часовой (номинальный),
продолжительный, тяги (пусковой) и торможения. Каждый из
этих режимов характеризуется определенным набором показа-
телей. Показатели, определяющие часовой и продолжительный
режимы, устанавливают в процессе типовых испытаний тяговых
машин, показатели режима тяги — в процессе тягово-энергети-
Таблица 4
Показатель	Значения показатели тяговой машины типа		
	ДК-108А1	ДК II6A	ДК117А
	Якорь		
Диаметр, мм	280	280	306
Внутренний диаметр, мм	75	75	90
Эффективная длина сердечника, мм	260	260	282
Число пазов	35	35	42
Размеры паза, мм	11.5X31	11.35X31	9.4X23.2
Число сторон секций в пазу	10	10	10
Число витков в секции	1	1	1
Число эффективных проводников			
в пазу	10	10	10
Число проводников обмотки	350	350	420
Тип провода	ПСД	педкт	педкт
Размеры провода, мм	1.4X10	I.45X Ю	1.25X8.5
Площадь сечения провода, мм'	13,8	14,3	10,41
Шаг по пазам	1-10	1 — 10	1 11
Шаг по коллектору	1 -88	1 88	1-2
56
Продолжение табл. 4
Показатель	Значения покавателя тяговой машины типа		
	ДК-108А1	ЛК  116A	ДК-Н7А
Обмотка	Волновая		Петлевая
Масса меди обмотки, кг Максимальная окружная скорость	—	29.0	27.3 48,2
вращения, м/с	—	——	
Масса зубцов якоря, кг	—	—	25,8
Число вентиляционных каналов Диаметр вентиляционного кана-	24	24	24
ла. мм	18	18	18
Сопротивление обмотки при 20 "С, Ом	0,064	0,0604	0.0285
Испытательная частота вращения якоря, об/мин	4400*	4400	4850
Испытательное напряжение, В Расчетное напряжение изоляции	2650	3200 750	3350 750
обмотки. В	825		
Класс изоляции провода Сопротивление изоляции обмоток (мегаомметр на 5<Х) В). МОм:	Н	Н 400	Н
в холодном состоянии не менее	——		
в горячем состоянии не менее	—-	20	—
Шаг уравнительных соединений по к ат лектору	—	—	1-106. 6 111,...
	Главные	ПОЛЮСЫ	
Число полюсов	4	4	4
Размеры провода, мм	1.81X22*»	1.81X25	2.26X25
Число витков обмотки	.30	32	26
Масса меди обмотки, кг	37.2	48	52
Класс изоляции обмотки	Н	F(H)	F
Зазор пол Петром полюса, мм	3.25	3.25	2,5
Зазор под краем полюса, мм	9	9	6
Зазор Сопротивление обмотки при 20 “С.	0.0445	Эксцентричный 0.0445	0,0316
Ом			
Полюсное деление, мм	220	220	240
Полюсная дуга, мм	138	138	151
Ширина сердечника полюса, мм			1 гм
Длина сердечника полюса, мм	—	—	290
Перекрытие полюса		0,657	0,635
Число зубцов якоря в полюсной дуге Коэффициент воздушного зазора	5,75	5.75	6.72 0.38
Расчетное напряжение изоляции обмотки. В	825	750	750
Испытательное напряжение. В	3200	3200	3200
Число вентиляционных каналов	4	4	4
Диаметр канала, мм	12	12	12
• Максимальней частота, при которой испытывают механическую прочность якори тяго
вой машины.	,
•* Параллельная обмотка с числом витков 530. провод площадью сечения 0.57 им ;
сопротивление 124 Ом
57
Продолжение табл. 4			
Показатель	Значения показателя тяговой машины типа		
	ДК-108А1	ДК116А	ДК-117А
Сопротивление изоляции (мегаом метр на 500 В), МОм: в холодном состоянии не менее		1000	
в горячем состоянии не менее	—	500	—
Дополни Число ПОЛЮСОВ	тельные полюсы 4	4	4
Размеры провода, мм	2,26x22	2,26x25	3.28x25
Число витков обмотки	26	26	15
Масса меди обмотки, кг	32	35,2	36
Зазор под полюсом, мм	3,5	3.5	3.5
Ширина сердечника полюса, мм	•—	—	34
Длина сердечника полюса, мм		—	290
Сопротивление обмоток при 20 “С. Ом	0.0266	0.0242	0,0106
Расчетное напряжение изоляции- обмотки, В	825	750	750
Испытательное напряжение, В	3200	3200	3200
Толшина латунной прокладки, мм	0.8	1.6	1.5
Класс изоляции обмотки	Н	F	F
Зазор Сопротивление изоляции обмоток (мегаомметр на 500 В|. МОм; в холодном состоянии не менее		Равномерный 400	
в горячем состоянии не менее	—	20	—
Диаметр, мм	Коллектор 245	245	250
Длина рабочей части, мм	70	70	72
Число коллекторных пластин	175	175	210
Коллекторное деление, мм	4,4	4.4	3,74
Число перекрытых щеткой пластин	4,55	4,55	5,37
Число коллекторных пластин на паз	5	5	5
Толщина изоляции между власти нами, мм	0.8	0.8	0.8
Максимальная окружная скорость на поверхности, м/с	42	42	43
Биение коллектора не более, мм	0.04	0.04	0,04
Испытательное напряжение между пластинами. В	400	400	400
Испытательное напряжение на кор- пус, В	6000	6000	6000
Глубина продорожки, мм	1	1	1
Диаметр внешний, мм	Чентилятор 440	440	440
Диаметр внутренний, мм	340	340	340
Ширина лолаткн, мм	50	50	50
Сила запрессовки на вал, кН		—	15-140
Число щеткодержателей	Щетки 4	4	4
Число щеток в щеткодержателе	2	2	2
Размеры щетки, мм	16X32X40	16X32x40	20 X 32 X 50
Марка щетки	ЭГ-2	ЭГ 2а	ЭГ-74
Среднее нажатие на щетку. Н	13-15	13-15		
Давление. МПа	0,026—0,029	0,026-0,029	—
58
Таблица 5
Показатель	Значение показателей тяговой машины типа		
	ДК-108А1	ДК II6A	ДК117А
Часовой	режим		
Напряжение на зажимах. В	375	375	375
Гок обмотки якоря, А	202	21»	330
Линейная нагрузка, А/см	405	435	Эво
Реактивная ч. д. с., В	0,98	1,06	1.36
Ослабление возбуждения, %	50	50	50
Ток возбуждения, А	101	109	165
Частота 'вращения якоря, об/мин	1510	1360	1480
Мощность на валу. кВт	66	72	110
Момент на валу, И-м	417	510	711
К. п. д.. %	87	88	89
Температура окружающего воздуха, °C	—	20	22
Превышение температуры над температу-			
рой окружающей среды. °C:			
обмотки якоря	—	140	142
обмотки главных полюсов	—	66	82
обмотки дополнительных полюсов, °C	—	115	121
коллектора		100	107
Продолжительный режим			
Напряжение на зажимах. В	375	375	375
Ток якоря, А	170	185	280
Линейная нагрузка, А/см	340	370	305
Ослабление возбуждения, %	50	65	65
Ток возбуждения, А	85	120	182
Частота вращения якоря, об/мин	1600	1220	1340
Мощность на валу. кВт	58	62	95
Момент на валу, Н-м	348	486	677
К п. д., %	0.91	0,89	0,905
Температура окружающего воздуха, °C	22	22	21
Превышение температуры, °C:			
обмотки якоря	139	157	149
обмотки главных полюсов	92	155	133
обмотки дополнительных ПОЛЮСОВ	169	153	136
коллектора	104	115	125
задних лобовых частей обмотки якоря			
(расчетное)	162	180	172
корпуса главного полюса	—	56	69
корпуса дополнительного полюса		—	73
остова	—•		64
Температура выходящего воздуха, "С	—	46	61
	Режим тяги		
Пусковой ток, А	320	320	420
Напряжение на зажимах, В	375	375	375
Пусковая мощность на валу, кВт	100	100	130
Максимальное ослабление возбуждения. %	35	35	28
Режим торможения*			
Скорость начала торможения, км/ч	90	90	90
Тормозной ток, А	205	205	445
Тормозная мощность, кВт	108	108	420
Момент на валу, 1Ьм	314	314	1236
Максимальное ослабление возбуждения, %	0,28	0,28	0,48
Напряжение на коллекторе, В	525	525	952 59
Продолжение габл 5
Показатель	Значение показателей тяговой машины типа		
	ДК I08A1	ДК 116A	ДК 1I7A
Индуктивность обмоток (переменный ток, частота 50 Гц). мГн:			
якоря	1.55»*	5.35	1.99
дополнительных полюсов	0.95**	3.25	0.99
главных полюсов	0.5*»	5.8	4.6
Масса тяговой машины, кг Размеры тяговой машины, мм:	630	646	740
диаметр	525	525	540
длина	720	720	840
Наработка на отказ, тыс. км Вероятность безотказной работы за гаран		4000	4500
тайный срок службы		0.96	0,95
* По данным тягоде-энергетических испытаний вагонов.
Результаты измерений и схеме импульсного регулирования напряжения при токе
обмотки якоря 300 Л и частоте работы тиристорного регулятора 300 Гн.
ческих испытаний вагонов с массой полезного груза 9 т, а показа-
тели режима торможения — при испытаниях с массой полезного
груза 20 22 т на вагон.
Технические характеристики тяговых машин приведены в
табл. 5.
8.	Типовые испытания тяговых машин и их результаты
В процессе типовых испытаний тяговых машин, которые
проводят в заводских условиях на специально оборудованных
для этих целей стендах, определяют зависимости частоты враще-
ния якоря от тока в его обмотке при различных степенях
ослабления возбуждения и номинальном напряжении на зажимах
машины, зависимость к. п. д. машины от тока обмотки якоря,
снимают кривые намагничивания и нагрузочные характеристики,
проверяют коммутацию в режиме тяги и в генераторном режиме,
устанавливают зоны наилучшей коммутации, проводят тепловые
испытания, измеряют потери холостого хода, снимают кривые
распределения напряжения по окружности коллектора, определя-
ют индуктивность обмоток машины по сопротивлению обмоток
переменному току частотой 50 Гц, испытывают реакцию машины
на внезапное исчезновение и последующее примерно через
0,5 с, восстановление напряжения, измеряют биение коллектора,
равномерность расположения щеток по окружности коллектора,
нажатие пружины на щетку, испытывают электрическую проч-
ность межвитковой изоляции обмоток, изоляции обмоток по от-
ношению к корпусу, измеряют мегаомметром сопротивление изо-
60
ляции обмоток по отношению к корпусу в холодном и горячем
состояниях, воздушные зазоры под главными и дополнительными
полюсами, испытывают тяговые машины на повышенную частоту
вращения, измеряют на весах с точностью до I кг их массу.
В результате испытаний устанавливают номинальные пара-
метры тяговых машин и определяют, удовлетворяют ли они требо-
ваниям ГОСТ 2582—81 «Машины электрические вращающиеся
тяговыеэ.
Как правило, испытывают несколько тяговых машин из первой
выпущенной партии и по результатам испытаний уточняют рас-
четные характеристики.
Зависимости, приведенные на рис. 17, получены при номиналь-
ном напряжении на зажимах тяговой машины и различных
степенях ослабления возбуждения в процессе испытаний шести
тяговых машин ДК-116А. Кривые (рис. 18) сняты на тяговой
машине ДК-116А. Кривые намагничивания и нагрузочные
характеристики тяговой машины ДК-117 (рис. 19, а и б) получены
соответственно опытным путем и расчетным. Скоростные харак-
теристики тяговой машины ДК-117А зависимости силы тяги и
к. п. д. от тока в обмотке якоря (рис. 20) сняты в процессе
типовых испытаний.
При токе возбуждения /,=0 (рис. 21) получена зависимость
механических потерь от частоты вращения якоря. Шесть кривых
сняты при шести разных значениях тока возбуждения.
Механические и магнитные потери определены из опыта холостого
хода (11| методом разделения потерь при независимом воз-
буждении главных полюсов. Для этой же тяговой машины
ДК-116А получены зависимости потерь холостого хода при посто-
янных частотах вращения якоря (рис. 22). Для тяговой машины
ДК I17A кривые /\,(п) представлены на рис. 23. Перечисленные
зависимости позволяют вести тяговые расчеты и строить кривые
движения вагонов.
Тепловые испытания электрических машин проводят в часовом
и продолжительном режимах. В часовом режиме температура
обмоток не успевает достигнуть установившегося значения, а
продолжительный режим характеризуется тем, что температура
всех конструктивных элементов электрической машины достигает
установившегося значения. О том. что продолжительный
режим установился, судят по нагреванию обмоток главных и
дополнительных полюсов, превышение температуры которых над
температурой окружающего воздуха контролируют непрерывно
по показаниям приборов, так как эти обмотки в отличие от
обмотки якоря неподвижны.
На рис. 24 и 25 приведены результаты тепловых испытаний
тяговой машины ДК-116А в часовом и продолжительном режи-
мах. В часовом режиме после 60 мин работы при определенных
частоте вращения якоря и нагрузке, при 50%-ном ослаблении
возбуждения и номинальном напряжении на зажимах тяговой
61
Рис. 17. Усредненные скоростные тарах
герметики и зависимости к.п.д. от тока
в цепи обмоток якорей тяговых машин
Рис. 18. Кривые намагничивания (/, 2)
и нагрузочные (2, •/) характеристики
тяговой машины ДК-116А:
/.	3-212 А. <-/. = «5 А
нагрузочные характеристики (2) тяго-
вой машины ДК-117А, полученные
экспериментальным (а) и расчетным
(б) путями
62
Рис. 20. Зависимости скорости v, силы
тяги F и кп д. i] от тока /« тяговой ма
шины ЛК-Н7 А при различных ко-
4т
0,0t (Urfin*;,)*
0,0b
тоты вращения якоря при различных
токах 7.
4т
0
Рис. 22. Зависимости потерь холос-
того хода тяговой машины ДК-П6А
от квадрата магнитного потока при
постоянных частотах вращения
1000	2000 п.об/пин
Ряс. 23. Экспериментальные зави-
симости потерь холостого хода тяго-
вой машины ДК-П7А от частоты
вращения
63
Нину ты осты бани» в поря
Рис. 24. Кривые изменения превыше
ния температуры обмоток главных
(/) и дополнительных (2) полюсов
при часовом режиме тепловых испы-
таний и кривая (.() остывания обмотки
якоря тяговой машины ДК-116 А (в
точке 4 превышение температуры кол-
лектора 100 °C)
машины ее останавливают и
измеряют превышение темпе-
ратуры обмотки якоря над
температурой окружающего
воздуха через каждые 15
20 с. Экстраполируя получен-
ные результаты, находят дей-
ствительное значение т об-
мотки якоря на момент оста-
новки. Как видно из резуль-
татов, представленных на
рис. 25, коллектор менее на-
грет, чем обмотки тяговой
машины. Это объясняется
тем. что забор охлаждающе-
го воздуха осуществляется
со стороны коллектора, а по
мере продвижения по венти-
ляционным каналам тяговой
машины воздух постепенно
подогревается и его охлаж-
дающие свойства ослабе
вают
Обычно за время прохож-
дения по тяговой машине
воздух подогревается на 20 40°С. Этим в значительной мере и
объясняется заметный перепад температур по длине обмоток тяго-
вой машины. Если учесть, что при повышении температуры на
30°С срок службы изоляции класса нагревостойкости II сокра-
щается более чем в 10 раз, то станет ясно, как важно для эксплуа-
тации знать температуру наиболее нагретой точки обмотки тяговой
машины, так как именно наиболее нагретые точки обмоток опре-
деляют предельный срок службы тяговой машины до постановки
на ремонт, при котором необходимо заменять изоляцию.
Данные о превышении температуры обмоток тяговой машины
ДК-Н7А в часовом и продолжительном режимах работы
Рис. 25. Кривые изменения
превышения температуры
обмоток главных (/) и до-
полнительных (2) полюсов
при продолжительном ре
жиме тепловых испытаний
и кривая (.?) остывания
обмотки якорей тяговой
машины ДК-116 А;
/ — л = 1220 об/мин; /,=
— 185 А. /.-120 А, (7 =
= 375 В; II-л=1490
об/мнр, /.«=185 А. /.=
= 92 А, (7 = 375 В
64
приведены в табл. 5. В часовом режи-
ме работы отдельные составляющие
общих потерь были следующими:
суммарные электрические потери в
обмотках якоря и дополнительных
полюсов — 8400 Вт, потери в стали—
2050 Вт, переходные потери на кол-
лекторе — 1000 Вт, добавочные поте-
ри — 600 Вт, механические потери,
включающие потери на трение щеток
о коллектор, на трение в подшипни-
ках и на вентиляцию,— 1250 Вт. Пе-
речисленные потери составили в сум-
ме 13 300 Вт, в то время как мощ-
ность, поглощаемая тяговой маши-
ной, равна 123 500 Вт. Таким обра-
зом, к. п. д. тяговой машины ДК-117 А
в конце часового режима работы
n, = 1 — 13 300/123 500 = 0,89.
С учетом потерь на возбуждение
главных полюсов, которые в этом ре-
жиме при 50%-ном ослаблении воз-
буждения с учетом потерь в резисто-
Рис. 26. Кривая распределения
напряжения по окружности кол-
лектора
ре, шунтирующем обмотку возбуждения, составляют 1720 Вт,
к. и. д, тяговой машины уменьшается до 1 —(13 300-f-
+ 1 720): I123 500 + I 720) /0,88.
Из приведенных данных следует, что потери на возбуждение
ухудшают к. п. д. тяговой машины ДК-117А на 1%.
В процессе типовых испытаний снимают кривую распределения
напряжения по окружности коллектора. Эти данные позволяют
судить о максимальном межламельиом напряжении на коллекторе
тяговой машины. Измерения проводят, используя дополнительную
щетку, которую перемещают по окружности коллектора.
С помощью осциллографа фиксируют напряжение между одной
из основных щеток тяговой машины и дополнительной щеткой.
Для тяговой машины ДК-117А измерения проводились при частоте
вращения 1500 об/мин. напряжении на коллекторе 360 В, токе об-
мотки якоря 330 А и ослаблении возбуждения 49%. Результаты
измерений приведены на рис. 26 в виде зависимости напряжения
между указанными щетками от расстояния между этими тетками,
измеренного по окружности коллектора.
9.	Уровень использования тяговых машин в эксплуатации
С помощью импульсных преобразователей могут быть получе-
ны самые разнообразные по форме тяговые характеристики (30].
Однако существуют границы, в которых целесообразно регулиро-
вать токи и напряжения на выходе преобразователей. Эти границы
3 Зан. пи	65
определены возможностями тяговых машин выдерживать без
нарушения нормальной работы те или иные перегрузки. При-
менительно к существующим тяговым машинам вопрос о том,
насколько могут быть улучшены их тяговые свойства при питании
от импульсных преобразователей, должен решаться на основе
анализа существующего уровня их использования.
Приведенные в табл. 4 и 5 параметры и характеристики
тяговых машин позволяют рассчитать режимы их работы в усло-
виях эксплуатации и оценить напряженность этой работы. По-
следняя может быть оценена по следующим показателям: мак-
симальному напряжению между соседними коллекторными
пластинами и напряжению на сантиметр длины окружности
коллектора (потенциальная напряженность), максимальной ре-
активной э. д. с. в коммутируемых секциях обмотки якоря
(коммутационная напряженность и максимальной темпера-
туре обмоток (тепловая напряженность). Оценка напряженно-
сти работы тяговых машин в эксплуатации позволяет для кон-
кретных условий выявить причины частого срабатывания защиты
и выхода из строя тяговых машин и наметить мероприятия по
их устранению.
Потенциальная напряженность. Тяговые машины вагонов мет-
рополитена имеют, как правило, эксцентричный зазор между
главным полюсом и якорем. Это значит, что под центром глав-
ного полюса зазор минимален, обычно 2—4 мм, а к краю полюса
он постепенно увеличивается и под самым краем полюса ста-
новится в 2—3 раза больше, чем под центром. Это делается
для того, чтобы ограничить искажающее действие, оказываемое
магнитным полем обмоток якоря, на магнитное поле, создаваемое
обмотками главных полюсов.
Проведенные исследования [14] показывают, что при
эксцентричном зазоре максимальное напряжение между кол-
лекторными пластинами (межламельное) с достаточной для прак-
тических целей точностью
е"*«= аК ®т*" '
где р — число пар главных полюсов (р = 2);
и,— напряжение на коллекторе, В;
а — перекрытие полюса;
К число коллекторных пластин;
Е. — максимальный коэффициент искажения магнитного поля тяговой
машины.
Перекрытие полюса и число коллекторных пластин находят
по данным табл. 4, а максимальный коэффициент искажения
поля — по кривым, приведенным в [14, 18]. Для пользования
этими кривыми нужно знать две величины: отношение зазора
под краем главного полюса к зазору под его центром и мак-
66
симальный коэффициент искажения магнитного поля тяговой
машины
где 6,р — зазор под краем полюса, мм;
в„ —зазор под центром полюса, мм;
А, — коэффициент устойчивости
Коэффициент устойчивости
. __ 8 gpeffrnP min
Я1~ aN
где а — число параллельных ветвей обмоток икори (а=1 при волновой и
а = 2 при петлевой обмотках якоря);
число витков обмотки главного полюса;
р|п|п— минимальная степень ослабления возбуждения;
N — число проводников обмотки якоря
Пример. Тяговая машина ДК-117А. Исходные данные: р = 2, и,=375 В,
а-0,635. К = 2Ш. а = 2, ш„=26, р„|1П = 0,28, ,V = 420.
I. Режим тяги, скорость движения 58 км/ч
Коэффициент устойчивости А, =8-2-2-26-0,28/(0,635-420)=0,875; отноше-
ние б.р/б»=6/2.5 = 2,4
Покривим (14, 18| Jmix = 1,65.
Максимальное напряжение между коллекторными пластинами ета,=
= 2-2-375-1.65/(0.635-210)= 18.5 В
При повышенном напряжении в контактной сети U =975 В напряжение
на коллекторе каждой тяговой машины составит около 480 В. Тогда
етах = 2-2-480-1,65/(0,635-210)=23.8 В
2 Режим торможения с максимальной скорости движения 90 км/ч
Коэффициент устойчивости А, =8-2-2-26-0,86/(0,635-420) = 2.69; отношение
ft.,/во = 6/2,5 = 2.4.
По кривым [14, 18] Ётах= 1.36.
Максимальное напряжение ет„ = 2 2• 950 • 1.36/(0,635 • 210) = 38 В.
Примечание. Иногда при расчетах напряжения етах используют
упрощенную формулу [12], справедливую для частично расходящегося, а не для
эксцентричного зазора. Проведенные авторами расчеты показывают, что
результаты, полученные по упрощенной формуле, оказываются завышенными
па 10—16% дли режима тяги и на 5—7% для режима торможения.
В развитии дуги на коллекторе, кроме максимального межла-
мельного напряжения, значительную роль играет напряжение
на сантиметр длины окружности коллектора. Чем оно больше,
тем легче образовавшаяся в каком-либо месте коллектора дуга
распространяется по всей поверхности коллектора, переходя в
круговой огонь.
Максимальное напряжение на сантиметр длины окружности
коллектора
Пример. Тяговая машина ДК-117А, режим тяги
Максимальное напряжение emaM = 23.8-210/(3.l4-25)=63,7 В.
Ниже представлены результаты расчета максимального межла-
мельного напряжения и максимального напряжения на сантиметр
3*	67
Таблица 6
Тнп тяговой МАШИНЫ	К	Дш'г-		. В	В/см	^тлхдса • %	В1И4Х ti*M лип %
			U.-375 В	- 480 В			
ДК-102Г	238	0,445	10.4	14	30	39	36
ДК-Ю4Д	141	0.4	29.2	37	68	103	80
ДК-108А1 ДК-ПбА]	175	0,35	23.2	30	68	83	80
ДК-116А	210	0.28	18.5	23.8	63.7	66	75
Примечание — 36 В, f=85 В.
Таблица 7
Тип тяговой МАШИНЫ	Скорость на- чала тор МО- женин, км/ч	Напряжен иг на якоре, В	В. %	В	В	ета,	етЖ|,
						«*тых jun %	В них %
ДК-102Г	67	790	1	24	60	60	63
ДК-104Д	66	730	0,65	41	75	102	79
ДК1О8А, ДК-116А	90	525	0,28	40	90	100	95
ДК-117А	90	950	0.86	38	100	95	105
Примечание е„мх,„,— 40 В с,,,.. х.,„ = 95 В
длины окружности коллектора в режимах тяги (табл. 6) и тормо-
жения (табл. 7).
В режимах тяги величины етд. и е„д, принимают наибольшие
значения при скоростях выхода на естественную характеристику
максимально ослабленного возбуждения, а при дальнейшем разго-
не вплоть до максимальной скорости движения остаются практи-
чески постоянными. В режимах торможения наибольшие зна-
чения максимального межламельного напряжения и максималь-
ного напряжения на сантиметр длины окружности коллектора
имеют место при максимальной скорости начала торможения,
а в дальнейшем при уменьшении скорости движения до 58—
65 км/ч несколько сокращаются.
В различных исследованиях по этому вопросу с учетом прак-
тики эксплуатации тяговых машин выработаны рекомендации
по допустимым значениям максимальных межламельных напря-
жений и напряжений на сантиметр длины окружности коллектора.
Обычно рекомендуют достаточно близкие значения (18]. Так.
А. Б. Иоффе [12] рекомендует считать допустимыми:
Толщина миканитовых прокладок между
пластинами коллектора, мм
Тим, В
0,8	1,0	1.2
35 37 37 40 40-43
68
При этом он полагает, что если напряжение в контактной сети
максимально, то должно быть е„„м<85-?95 В.
А. Е. Алексеев [15] считает допустимым (при толщине изоля-
ции между пластинами коллектора 0,8—1,2 мм) ет„=37-Ь40 В,
А. С. Курбасов [16]	em,M=33-i-35 В.
Б. Г. Каменецкий [17] рекомендует считать предельными
следующие значения:
Толщина изоляции. мм	0,8	1,0	1,2
е.„, В	32—35 34-38 38 42
В	65- 75 70—80 80- 90
В режиме реостатного торможения в качестве допустимых
принимают значения, большие на 5—10%, чем приведенные выше
значения, относящиеся к режиму тяги. Поэтому, учитывая изло-
женные рекомендации, а также то, что в тяговых машинах
ДК-108А, ДК-116А, ДК-117А пластины коллектора изолированы
прокладками толщиной 0,8 мм, можно считать для них допустимы-
ми е„,аА = 36 В,	В для режима тяги при максимальном
напряжении в контактной сети и emsM = 40 В, епи> = 95 В для режима
торможения.
Анализ данных табл. 6 и 7 с учетом принятых за основу ре-
комендаций показывает, что тяговые машины в режимах тяги
используют no на 66—103% и по ет„ на 75 80%. а в режимах
торможения по е0,„ на 95—102% и по еяам на 95—105%. Не-
сколько более низкий уровень использования тяговых машин в ре-
жимах тяги объясняется тем, что в этих случаях оставляют
некоторый запас в расчете на ухудшение потенциальной напря-
женности при скачках напряжения в контактной сети, кото-
рые часто имеют место в эксплуатации и составляют обычно 50-
100 В. При скачках напряжения в сети степень ослабления возбуж-
дения резко уменьшается иногда до 0,1, так как большая часть при-
роста тока в обмотке якоря устремляется в цепь индуктивного шун-
та, который имеет меньшую индуктивность, чем обмотки возбуж-
дения. Кроме того, из-за роста тока в обмотке якоря возрастает ис-
кажающее действие ее магнитного поля на поле обмотки главных
полюсов, т. е. уменьшается коэффициент устойчивости.
Если в эксплуатации на отдельных вагонах имеют место
частые срабатывания защиты и есть основания предполагать,
что они вызваны повышенной потенциальной напряженностью
тяговых машин, приводящей к образованию круговых огней на
коллекторах, то для оценки этого предположения можно по-
ступить следующим образом. Установить амперметры в цепь
обмоток якоря и в цепь обмоток возбуждения, а также вольтметр
для измерения напряжения контактной сети. Произвести
измерения для нескольких режимов, в которых отмечены
частые срабатывания защиты, а затем, зная степень ослабления
возбуждения, рассчитав напряжение на коллекторе как поло-
69
вину напряжения контактной сети, можно определить дей-
ствительные значения еп|ож и ет1я и сравнить их с рекомендуемыми.
Если они превышают допустимые значения, то для их уменьшения
следует принять меры к увеличению на данной группе
тяговых машин. Более точные результаты можно получить,
записывая токи и напряжения с помощью шлейфового осцил-
лографа.
Перебросы электрической дуги по коллектору тяговой
машины являются относительно частым явлением в эксплуата-
ции. Как известно, около 65% отказов оборудования вагонов
метрополитена связано с выходом из строя тяговых машин. Ана-
лиз данных, собранных сотрудниками Всесоюзного научно-
исследовательского института вагоностроения (ВНИИВ) за
6 мес эксплуатации вагонов Е в депо Ждановское Московского
метрополитена, показывает, что причины отказов тяговых машин
ДК-108А распределены следующим образом:
Причина отказа	Число
отказов
Пробой изоляции	щ
Разрушение якорных подшипников	2
Выработка коллектора	]
Оплавление петушков коллектора	Ю
Переброс дуги по коллектору	522
Всего зафиксировано отказов	545
Очевидно, что проведение мероприятий по повышению устой-
чивости тяговых машин к образованию круговых огней на кол-
лекторе представляет собой важную для эксплуатации задачу.
Коммутационная напряженность. Коммутационную напряжен-
ность принято оценивать расчетно по максимальному значению
реактивной э. д. с. в коммутируемых секциях обмотки якоря
и визуально по степени искрения под сбегающим краем
щетки, которая нормируется специальными стандартами.
Значение реактивной э. д с. прямо пропорционально току в об-
мотке якоря, а этот ток в процессе работы э. п. с. на линии непре-
рывно изменяется под действием авторежимных устройств:
возрастает с ростом наполнения вагонов и падает при его
уменьшении. Поэтому реактивная э. д. с. максимальна при
наибольшей массе груза вагонов 22 т, так как при этом имеет
место максимальная уставка по току якоря. Как следует из
статистических данных |10|, 90% времени вагоны работают
•на линии с массой груза, не превышающей 9 т. Поэтому оче-
видно, что в этот период тяговые машины недоиспользованы
по допустимому уровню реактивной э. д. с.
Рекомендации специалистов относительно допустимых зна-
чений реактивной э. д. с. относятся обычно к двум способам рас-
чета: по формуле Пихельмайера и по формуле А. Б. Иоффе.
70
Расчеты по этим формулам дают результаты, отличающиеся в
некоторых случаях в 1,2—1,4 раза. Это объясняется тем, что в фор-
муле Иоффе, кроме прочих влияющих факторов, учитывается еще
и ширина коммутационной зоны паза, отнесенная к окружности
коллектора.
По формуле Пихельмайера допустимое значение реактивной
э. д. с.. В,
где А — суммарная проводимость пути потока рассеяния с учетом лобовых
частей. 1/Ом.
&<— число витков в секции обмотки якоря;
А — линейная нагрузка якоря, А/см;
/. — длина сердечника якоря, м;
V. — окружная скорость якоря в рассматриваемом режиме, см/с.
По формуле А. Б. Иоффе
_	8г.ц.ц>?А/,р.	10-в
Ц-к+Ч + V- f)
где i. — ток в параллельной ветви обмотки якоря. А;
и. — число коллекторных пластин на паз;
о. — окружная скорость коллектора, см/с;
3» — коллекторное деление, см;
е, — укорочение шага обмотки якоря в коллекторных делениях;
у — число пластин коллектора, перекрытых щеткой;
а,	р соответственно число пар параллельных ветвей и полюсов.
Можно показать, что e“ = kk,e”. В этом выражении — ко-
эффициент коммутационной зоны паза:
*.» = 2««/1 («, + е. + у - Д) ]» 0.7 4-1.
Пример I. Расчет по формуле Пихельмайера. Тяговая машина ДК-108-А1,
0 = 41 км/ч; п= 1490 об/мин: /. = 320 A, V = 350; D. = 28 см; в»г = I; /, = 0.26 м
Линейная нагрузка якоря
А = А//./ (2лаО.) = 350 • 320/ (2• 3.14 • I • 28) = 638 А/см.
Суммарная проводимость пути потока рассеяния
А = А.| + Anj-f- А. -|- А.,
где A.I, A.J,
А. и А. — соответственно проводимость паза над медью обмотки, части паза,
занятой медью обмотки, по коронкам зубцов и лобовых частей об-
мотки.
Проводимость части паза над медью обмотки
АП| = |1оЛ»Л|/>г,
где Цо магнитная проницаемость воздуха. р0= 1.25;
kt, — коэффициент увеличения проводимости от наличия магнитных бандажей
на стальном пакете якоря; при применении немагнитного бандажа или
клина 4»=1, для магнитного бандажа 4»»2;
hi — высота паза над проводником, мм;
Ь,	ширина паза, мм
71
Х.!= 1,25.1 -5-10-711,4 = 0,55.10“* Гн/м.
Проводимость части паза, занятой медью обмотки,
А.па = ЦоЛ,йа/ (36,).
Здесь к, - коэффициент, которым учитывается уменьшение потока рассеяния
вследствие эффекта вытеснении тока в проводниках, к, = 0,85 для про-
водников высотой более 10 мм и 4,— 0.92 для проводников высотой 5
10 мм;
Л2 — высота слоя проводников, мм.
1.а= 1,25-0,85-22.10 7 (3-11,4)—0,68-10* Гн/м.
Проводимость по коронкам зубцов
Х. = р0(6А-6,)/(46ЛЛ1),
где bt — ширина дополнительного полюса, мм.
— коэффициент воздушного зазора под дополнительным полюсом, й4л = 1,18;
в4 зазор под дополнительным полюсом, мм. 6., = 3.5 мм.
Х.= 1,25(32-11,5) • 10-*/ (4.1 • 1.18-3,5)= 1,55-10“* Гн/м’.
Проводимость для лобовых частей обмотки
X., = О.37|»о(	lg 11 + лт/ (46,) ].
Здесь /., длина передней и задней лобовых частей проводника якоря, м;
т — полюсное деление, см;
Л, высота зубца, см.
Хл—0,37-1,25-0,61g [1 +3,14-22/(4-3,5) J 1О_*=О/22-10_*Гн/м;
Х = (0,55 + 0,68+1,55 + 0,22) 10~*=3.10'в Гн/м;
о. = л0.л/60 = 3,14-28-1490/60 = 2180 см/с;
е7=2-3,О-1О *• 1-638-0,26-2180 = 2,17 В.
Пример 2. Расчет по формуле А Б Иоффе Тяговая машина ДК-117Л, режим
тяги. Исходные данные о = 54 км/ч; л=1910 об/мин; /, = 420 А; А = 420; £),=
= 30.6 см; и>, = 1; а = 2, ц. = 5, р=2; 0.-0,374 см; £>.=25 см; /. = 0.282 м; у-
=6„/0« =20/3.74 = 5,35 Здесь 6,. = 20 мм—ширина тетки
'« = I ) “ I = I (175-") 5| -2А
где г — число пазов;
Уг1 шаг по пазам (см. табл. 4),
р, = .nD«n/60 = 3,14-25-1910/60 = 2500 см/с;
Х = (0.66+0.71 + 1,83 + 0,27) 10-‘ = 3,47.10* Гн/м;
„ 8-105-5-1 -3,47-0,282-2500. _
е'—0,374(5 +2.5+5,35-1) 10
6 = 2,3 В.
В табл. 8 приведены результаты расчетов реактивных э. д. с. в
обмотках тяговых машин для наиболее напряженных условий ра-
боты в режимах тяги Знание этих результатов позволяет оцени-
вать коммутационную напряженность.
Приведенные результаты можно использовать, например, для
расчета реактивных э. д. с. в других режимах работы тяговых ма-
шин потоку обмотки якоря и скорости движения вагона. Если по-
72
Таблица 8
Тип гяговий машины	Ток обмотки якоря, А	Скорость вагона, км/ч	И! в	И! в	
ДК-102Г	400	35	0,85	0.9	18
ДК-104Д	380	32	2.1	2.1	42
ДК 108А » ДК-116А J	320	41	2,17	1.53	31
ДК-Н7А '	420	54	2.7	2,3	46
Примечание е.и^« — 5 В
лученные при этом значения не превзойдут рекомендуемых, то
можно сделать вывод, что повышенное искрение, если оно имеет
место, обусловлено причинами, связанными с состоянием коллек-
торно щеточного узла: повышенной выработкой коллектора, неточ-
ной установкой щеток относительно нейтрали и т. п.
Для пересчета результатов можно воспользоваться формулой
e,t=e,i/«»v»/ (/.1V1),
где e,j — искомая реактивная ». д. с., имеющая место при токе в обмотке
якоря 1,2 и скорости движения вагона
e.i, /•!, v> известные значения соответственно реактивной э.д.с., тока в об-
мотке якоря и скорости движения вагона.
В табл. 9 представлены результаты расчетов реактивных э. д. с.
в обмотках тяговых машин для наиболее напряженных условий ра-
боты в режимах торможения.
Для оценки полученных результатов расчета обратимся к ре-
комендациям специалистов. Так. в 118) сказано, что реактивная
э. д. с., определенная по формуле А. Б. Иоффе, применительно к но-
минальному режиму не должна превышать 3,5—4 В. При
^54-7 В желательно применение компенсационной обмотки в ма-
шинах. подверженных перегрузкам, с напряжением более 450 В и
мощностью более 80 100 кВт на полюс.
В [211 указано, что максимальное значение реактивной э. д. с.,
подсчитанной по формуле Пихельмайера, не должно превосходить
Таблица 9
Тип ТЯГОВОЙ машины	Ток обмотки якоря. А	Скорость вагона, км/ч	ей В	•й В	
ДК-1О2Г	380	67	1.55	1.6	29
ДК НМД	350	57	3.4	3.4	62
ДК-Ю8А ДК-116А	220	90	3.3	2,3	42
ДК-117А	370	90	3,95	3,3	60
ДК-П7А	470	90	4,9	4,1	75
Примечание. — 5.5 В
73
7,5—8,5 В. В [9] на базе практических данных утверждается, что
у машин, работающих с 2—2,5-кратными перегрузками, реактивная
э. д. с. не должна быть более 5—8 В при расчете по формуле Пи-
хельмайера. В [15] в качестве допустимой рекомендуется реактив-
ная э. д. с. не более 6 В при сплошной и 9 В при разрезной щетках
для машин пульсирующего тока. При этом указывается, что сте-
пень искрения не превысит 1,5 балла. В [23] отмечается, что при
наличии дополнительных полюсов необходимо, чтобы е,С7-г-10 В,
а при их отсутствии е, 4-ea,<2-i-3 В (здесь — э. д. с. от поля по-
перечной реакции якоря). В [22] на основании анализа делается
вывод, что для ограничения искрения классом 1.5 нужно выбирать
реактивную э. д. с. таким образом, чтобы в режимах с наибольшей
частотой вращения при расчете по формуле Пихельмайера полу-
чалось е, = 6-5-7 В
Анализируя на основании вышеприведенных рекомендаций ре-
зультаты расчетов коммутационной напряженности, приведенные
в табл. 8, можно сделать следующие выводы. Если принять в каче-
стве допустимой для режима тяги реактивную э. д. с. 5 В при расче-
те по формуле А. Б. Иоффе, что в нашем случае соответствует е,=
= 6-5-7 В, рассчитанной по формуле Пихельмайера, то очевидно,
что даже при максимальном наполнении вагонов тяговые машины
используют по реактивной э. д. с. на 40—50%. При массе груза
9 т на вагон степень коммутационной напряженности, оцениваемая
по реактивной э. д. с„ составит около 40 % для режима максималь-
ного ослабления возбуждения.
В [22] на основании анализа результатов испытаний электро-
возов с реостатным торможением сделан вывод, что в режиме реос-
татного торможения реактивная э. д. с. может быть по сравнению с
режимом тяги повышена на 10 15 %. Поэтому можно считать, что
для режима торможения допустимой является реактивная э. д. с.
5,5 В при расчете по формуле А. Б. Иоффе. Это позволяет с помо-
щью данных табл. 9 установить, что в режиме торможения тяговые
машины используют по коммутационной напряженности не более
чем на 75 %.
О том, что тяговые машины выгонов метрополитена имеют за-
пас по коммутации, свидетельствуют результаты тягово-энергети-
ческих испытаний вагонов ЕжЗ(ДК-116А) и вагонов 81.717
(ДК-117 А), при которых в режимах тяги коммутация тяговых ма-
шин была темной. В этих испытаниях при реостатном торможении
с максимальной скорости 90 км/ч степень искрения соответствова-
ла классу 2 при токе 205 А у тяговых машин ДК-116А с волновой
обмоткой якоря и классу 1,5 при токе 445 А у тяговых машин
ДК-117 А с петлевой обмоткой якоря.
Следует сказать, что для высоконспользуемых машин, работа-
ющих при толчкообразной нагрузке, таких, как двигатели прокат-
ных станов, допустимой считают реактивную э.д.с. е,= 124-
4- 12,5 В, вычисленную по методу М. Цорна 119]. Для прокатных
двигателей Великобритании. США. Швеции принимают е,^17 В
74
[20]. Во всех странах для прокатных двигателей при продолжи-
тельной нагрузке предел по реактивной э. д. с. составляет 8—9 В.
Это соответствует значению 4,7—5,3 В. рассчитанному по формуле
А. Б. Иоффе.
В эксплуатации часто наблюдается повышенное искрение под
щетками тяговых машин, приводящее к повышенному износу кол-
лектора и щеток. Так, в депо Северное Московского метрополитена
средний темп износа коллекторов тяговых машин ДК-108 (на диа-
метр) составляет 0,92 мм/млн. вагоно км пробега, средний пробег
до обточки коллектора —188 500 км. В депо Калужское средний
темп износа коллекторов ДК-108 (на диаметр) составляет 2,68 мм/
млн. вагоно-км пробега, средний пробег до обточки 198 900 км. Из-
нос щеток ЭГ-2А, ЭГ-61 составляет от 0,35 до 0,5 мм на 1000 км
пробега вагона. Существенно разный темп износа коллекторов в
разных депо объясняется разной технологией текущего содержа-
ния и ремонта. Интенсивность износа нарастает во времени нели-
нейно, поэтому в депо Северное, где проточку делают чаще, не до-
жидаясь появления регламентированного износа, средний темп из-
носа коллекторов сравнительно мал.
На зарубежном подвижном составе, в частности на электро-
возах, обточку коллекторов производят через 1,2 млн. км пробега,
при этом снимают 1,5 мм на диаметр; износ щеток на 1000 км про-
бега составляет около 0.1 мм. Такое сравнение с учетом того, что
интенсивность износа коллектора и щеток характеризует коммута-
цию, показывает, что у тяговых машин ДК-108 коммутация недо-
статочно хорошая.
Тепловая напряженность. В процессе эксплуатации тяговые ма-
шины работают в циклических режимах. Обычный циклический ре-
жим включает в себя режимы тяги, выбега, торможения и останов-
ки. В режимах тяги и торможения по обмоткам тяговых машин
протекают пусковые и тормозные токи. Это приводит к выделению
различного рода потерь в элементах электрических машин и нагре-
ванию их обмоток. В режимах выбега и остановки токи по обмот-
кам не протекают и происходит их остывание. Вместе с обмотками
нагревается и остывает изоляция тяговых машин.
При нагревании изоляция сохнет, стареет, в ней возникают
различного рода остаточные деформации и микротрещины В ре-
зультате она теряет диэлектрические свойства и при определенных
условиях может наступить электрический пробой изоляции. Чтобы
этого не произошло, через определенные промежутки времени —
обычно 5—7 лет — проводят капитальный ремонт тяговых машин
с заменой изоляции. Однако пробой изоляции — явление в эксплу-
атации не редкое. Так, поданным [24], пробой изоляции обмоток
якорей, обмоток возбуждения и межкатушечных соединений за
периоде 1970 по 1972 г. являлся причиной от 18 до 22 % всех слу-
чаев выхода из строя тяговых машин ДК-108, эксплуатируемых на
Московском метрополитене.
Оценить, какова тепловая напряженность работы тяговых ма-
шин в конкретных условиях эксплуатации, весьма сложно. С изве-
75
с гной степенью точности это можно сделать косвенным методом,
сравнивая конкретные условия, значения эффективных токов и
превышений температуры, измеренных в процессе тягово-энергети-
ческих испытаний вагонов, с реальными. В табл. 10 приведены ре-
зультаты тягово-энергетических испытаний вагонов и тяговых ма-
шин на линиях метрополитена, позволяющие осуществлять такое
сравнение.
Анализ данных, представленных в табл. 10, показывает, что
в процессе тягово-энергетических испытаний эффективные токи об-
моток якорей тяговых машин составляли 68 79 % продолжитель-
ных токов, на которые рассчитаны тяговые машины. В то же время
превышения температур обмоток якорей составляли 58—76 % по
сравнению со значениями, допустимыми для изоляции класса на-
гревостойкости Н, которой изолированы обмотки якоря.
Как правило, в эксплуатации имеют место более легкие режимы
работы тяговых машин, чем те, что реализуют в процессе тягово-
энергетических испытаний. Расчеты показывают, что для одного из
самых напряженных маршрутов Московского метрополитена экви-
валентная постарению изоляции обмоток якорей масса груза ваго-
на составляет 9 т. Другими словами, если бы масса груза вагонов
была постоянной и составляла 9 т на вагон, то интенсивность ста-
рения изоляции обмоток якорей тяговых машин была бы такой же,
как и при реальной, резко переменной суточной нагрузке. Тепловые
испытания тяговых машин проводят, как правило, с массой груза
18 21 т на вагон. Таким образом, очевидно, что в реальных усло-
виях эксплуатации при изоляции класса нагревостойкости Н тяго-
вые машины вагонов метрополитена используют по тепловой мощ-
Габлииа 10
810 0,765 0.76
«60 0,735 0,7
1220 0,68 0,58
1280 0,79 0,64
k, Условия испытания
Масса груза т,=9т;
скорость сообщения
со = 30.7 км/ч
Длина перегона £,=
= 800 и;
о,«9 г,
и, = 32.7 км/ч;
£„ = 800 м
гл, = 9 т;
е,«=46 км/ч;
£„ = 1700 м
т, = 21 т.
£>,= 50 км/ч;
/.„=1700 м
Примечание Класс изоляции II; kt = /,»//« . К. —* т,/т„ л, жвнвалентиая
по условиям теплоотдачи частота вращения якоря (25|. т,= 164)°C — превышение
температуры, допустимое для данного класса изоляции
76
пости не батее чем на 50—75%, т. е. имеется большой запас по на-
греванию обмоток.
Этот вывод, на первый взгляд, не сочетается со статистически-
ми данными эксплуатации [24], которые показывают, что пробой
изоляции обмоток явление в эксплуатации нередкое. Однако
для более полного объяснения этих данных необходимо учесть еще
два обстоятельства. Во-первых, в процессе эксплуатации имеют
место внутрициклические колебания температуры, обусловленные
наличием циклов: пуск, выбег, торможение, остановка. Эти колеба-
ния приводят к повышению интенсивности износа изоляции. Расче-
ты |29| показывают, что отношение износа изоляции за данный
срок службы при учете внутрициклических колебаний температу-
ры обмоток j , к износу за тот же срок службы при расчете по сред-
ней за цикл температуре
А--/.--
(49)
где а« — коэффициент температурного старения изоляции; а„ 0,0013 Вт/(гыХ
Х’С):
Ат — размах внутрициклических колебаний температуры обмоток
В реальных условиях эксплуатации размах внутрициклических
колебаний температуры обычно нс превосходит 20 °C. Поэтому
значение Л, подсчитанное по формуле (49), составляет окаю 1,05.
Это значит, что срок службы изатяции тяговых машин из-за нали-
чия внутрициклических колебаний температуры обмоток сокраща-
ется примерно на 5 %.
Другим фактором, оказывающим влияние на повышение интен-
сивности износа изатяции тяговых машин, является неравномер-
ность распределения температуры в обмотках тяговых машин. Ес-
ли учесть, что срок службы изатяции лимитируют наиболее нагре-
тые точки обмоток, то станет ясно, что допустимые для данного
класса изоляции превышения температуры следует сравнивать со
значениями в наибатее нагретых точках. Одна из важнейших целей
пропитки изатяции обмоток состоит в стремлении по возможности
выравнять температуру в разных точках обмотки. Поэтому по сте-
пени неравномерности нагрева обмоток можно судить о качестве
пропитки, выполняемой, например, в процессе замены изатяции,
т. е. в известной степени о качестве капитального ремонта тяго-
вых машин.
Разработан сравнительно простой метод «трех точек», позво-
ляющий измерением превышения температуры в трех точках об-
мотки с достаточной для практических целей точностью судить о
неравномерности распределения температуры в обмотках якоря тя-
говой машины [25]. Этот метод был проверен экспериментально на
тяговых машинах ДК-108А и показал впатне приемлемую точ-
ность и стабильность получаемых с его помощью результатов. На
77
простоту метода стрех точек» указывает тот факт, что установка
для его применения была смонтирована в депо Фили Московского
метрополитена на стенде для испытания тяговых машин под на-
грузкой, работавшем по методу возвратной работы 111 ]. При этом
дополнительно потребовались лишь амперметры, вольтметры, се-
кундомер и несколько термопар ХК.
Тепловые испытания с целью установления неравномерности
распределения температуры в обмотках тяговых машин ДК-108А
проводились при их работе по методу возвратной работы. В начале
испытаний тяговые машины 1. 3 (рис. 27), валы которых муфтами
соединены с валами генераторов 2, 4, разгоняли до заданной часто-
ты вращения с помощью тиристорного регулятора ТР. Затем тири-
сторный регулятор вместе с фильтровым реактором шунтиро-
вали контактором К и тяговые машины оказывались подключенны-
ми непосредственно к сети Подбор требуемого режима по частоте
вращения и току обмотки якоря осуществляли путем изменения
шунтирующего обмотку возбуждения резистора /?ш и изменением
Рис. 27. Принципиальная схема экспериментальной установки
для типовых испытаний тяговых машин
78
тока возбуждения генераторов. Цепь возбуждения генераторов
питалась от сварочного трансформатора Т-500.
В процессе тепловых испытаний фиксировали показания всех
приборов, показанных на схеме экспериментальной установки. О
возникновении установившегося режима судили по изменению
температуры обмотки возбуждения, которую контролировали по-
стоянно, измеряя се методом сопротивления. Кроме того, непре-
рывно измеряли температуру воздуха на входе в тяговую машину
и температуру на выходе из вентиляционной камеры. Среднюю
температуру обмотки после остановки измеряли методом сопро-
тивления и экстраполировали на момент остановки согласно
ГОСТ 11828—75. Падение напряжения на обмотке якоря измеряли
вольтметром, подсоединенным к специально изготовленным для
этой цели щеткам [11).
Температуру коллектора измеряли игольчатой термопарой ХК.
а температуру задних лобовых частей обмотки специально изго-
товленным термощупом, представляющим собой точечную термо-
пару ХК, укрепленную на держателе из теплоизолирующего мате-
риала. Термощуп через вентиляционную камеру вводили в зазор
между лобовыми частями обмотки и плотно прижимали к изоляции
в месте, отстоящем на 1,5—2 см от конца вылетов задних лобовых
частей.
Экспериментальные исследования проводили для различных
режимов по нагрузке и частоте вращения якоря. Было проведено
около десяти продолжительных режимов нагревания, в каждом из
которых устанавливали некоторую частоту вращения из диапазона
от 1200 до 1480 об/мин и некоторый ток обмотки якоря в пределах
от 175 до 205 А. Напряжение на тяговых машинах было номиналь-
ным. Принятые в опытах частоты вращения и нагрузки примерно
соответствовали продолжительному и часовому режимам работы
тяговой машины ДК-108А.
Приведенные результаты измерении (рис. 28) относятся к двум
продолжительным режимам I и 11 работы тяговой машины
ДК-108А, отличающимся по частоте вращения якоря и по нагруз-
ке. В первом режиме (л„ = 1280 об/мин, /«, = 190 А) среднее пре-
вышение температуры обмотки якоря составило 163 °C, коллекто-
ра —124 ®С, задних лобовых частей —186°С, во втором режиме
(«^,= 1350 об/мин, /„ = 175 А)—соответственно 111, 110 и
163 °C. Как видно, в первом режиме перепад температур по длине
меди обмотки якоря составил 62 °C, а во втором —53 °C. Если счи-
тать измеренную температуру задних лобовых частей максималь-
ной для всей обмотки якоря, то очевидно, что в первом режиме
максимальная температура обмотки превысила среднюю темпера-
туру обмотки на 23 ®С. а во втором на 22 °C.
На существенную неравномерность нагрева частей обмотки
якоря указывает и факт повышения температуры коллектора после
остановки машины, объясняемый подогревом коллектора от более
нагретых и массивных проводников обмотки якоря. Температура
79
Рис. 28 Кривые изменения превышения температуры обмотки якоря
(/), ее задних дабовых частей (2) и коллектора (3) при остывании
после продолжительного режима работы
коллектора после переходного процесса подогрева от обмотки яко-
ря принимала первоначальное значение (значение на момент оста-
новки машины) через 5 7 мин после остановки машины. При этом
в зависимости от степени неравномерности нагрева обмотки якоря
превышение температуры коллектора после остановки машины по-
вышалось на 3 7 °C.
Рис. 29 Расчетные кривые
и опытные точки превы-
шения температуры обмот-
ки якоря по ее длине
Па рис. 29 приведены результаты рас-
чета распределения превышений темпера
туры вдоль обмотки якоря тяговой маши-
ны ДК-108А. Расчет выполнен по методу
температурного поля. Кривые / и 2 соот-
ветствуют двум продолжительным режи-
мам (см. рис. 28). Возле каждой кривой
(см. рис 29) тремя точками нанесены дан-
ные, полученные в результате тепло-
вых испытаний, условия которых явля
лись исходными данными для тепловых
расчетов.
В расчетах по методу температурного
поля коэффициенты теплоотдачи с поверх-
ностей аксиальных каналов якоря, лобо-
вой и пазовой частей обмотки якоря, голо-
вок задних лобовых частей обмотки и кол-
80
Рис 30 Кривая распределения превышений тем
пературы в обмотке якори тяговой машины
ДК-117А в аксиальном направлении
лектора определяли по критериальным уравнениям, рекоменду-
емым в (26, 27].
Расчеты показали, что для исследованных в опытах режимов
работы тяговой машины ДК-108А коэффициенты теплоотдачи с по
верхности якоря, вычисленные по данным (26], практически совпа-
дают с результатами расчетов по [27] и со значениями, рекомен-
дуемыми для тяговых машин А Б Иоффе (12]. Для поверхности
коллектора и вентиляционных каналов якоря расчетные значения
коэффициентов теплоотдачи, вычисленные по [26, 27], близки при-
нимаемым по кривым (28].
Расчеты распределения превышений температуры вдоль обмот
ки якоря были проведены и для тяговой машины ДК-И7А при ее
работе в продолжительном режиме с л„=1340 об/мин, /,«,=
= 280 А. /.«,= 182 А. ыд, = 375 В (рис. 30).
Они дали следующие результаты [29]:
среднее превышение температуры обмотки якоря 144 ®С;
коллектора 114 °C;
то же задних лобовых частей обмотки якоря 167 °C.
В опытах, проведенных Всесоюзным научно-исследовательским
проектно-технологическим институтом (ВИНИТИ) кранового и
тягового электрооборудования, среднее превышение температуры
обмотки якоря у двух тяговых машин ДК-117А, испытанных в ука-
занном выше продолжительном режиме, составило 149 и 144 °C, а
коллектора — соответственно 125 и 123 °C.
Результаты расчетных и опытных данных близки. Поэтому
можно заключить, что у тяговых машин ДК-117А, так же, как и у
машин ДК-Ю8А. максимальная температура обмотки якоря пре-
вышает среднюю температуру обмотки якоря на 20—25°С.
81
10. Параметры тяговых машин при импульсном
регулировании
Выбор оптимальных параметров и характеристик тяговых ма-
шин при различных системах регулирования, в том числе и при
импульсном регулировании, представляет собой сложную технико-
экономическую задачу, которую решают с использованием ЭВМ.
проводя на ней сравнительные тяговые технико-экономические
расчеты. Целью расчетов является отыскание такого варианта
сочетания параметров и характеристик тяговых машин, при кото-
ром единица транспортной работы, например 1000 вагоно-к.м, со-
вершалась бы при минимуме материальных затрат (29|.
К специфике выбора параметров тяговых машин вагонов мет-
рополитена следует отнести то обстоятельство, что в соответствии
с Методическими указаниями для таких расчетов рекомендуется
учитывать затраты времени пассажиров на поездку в размере
0,1 руб. за I пассажиро-ч. Кроме того, существенное влияние на ко-
нечные результаты расчета оказывают такие особенности эксплуа-
тации, как необходимость строить график движения поездов с за-
пасом времени на нагон случайных опозданий [10]. Проведенные
на ЭВМ расчеты показали, что на вагоны с импульсными преобра-
зователями экономически целесообразно устанавливать тяговые
машины с наиболее высокими с учетом ограничений по коммутации
и потенциальным условиям на коллекторе регулировочными свой-
ствами. Регулировочные свойства тяговых машин оценивают по ко-
эффициенту регулируемости [21, 30]:
где Pmm — минимально допустимое дли данной тяговой машины отношение тока
возбуждения к току обмотки якоря;
к. коэффициент насыщения магнитной системы машины в рассматривае-
мом режиме при полном возбуждении
У тяговых машин постоянного тока без компенсационной об
моткй реализуют 0mln = 0,284-0,35, а коэффициент насыщения
магнитной системы в номинальном режиме для лучшего использо-
вания материалов машины принимают в пределах 1,7—2. При этом
получают коэффициент регулируемости 1,5 2.
Представление о регулировочных свойствах тяговых машин
вагонов метрополитена с контактно-реостатными системами пуска
дает табл. 11.
Тяговые технико-экономические расчеты показывают, что для
вагонов с импульсным регулированием экономически целесо-
образно иметь коэффициент регулируемости на уровне 2,5—2,8.
На вагонах с реостатными системами пуска к таким значениям
нецелесообразно стремиться исходя из экономических соображе-
ний, так как при этом существенно возрастают потери энергии в
резисторах. Технические возможности для выпуска тяговых машин
82
Таблица II
Тип тяговой машины	А	. км/ч	А И 44М	Дт1а	Ар
ДМП-151	225	34.8		0.65	
ДК 102	248	30.8	—	0.445	
ДК 104	220	27,5	1.8	0.4	1.39
ДК-108	210	27.5	1.71	0,35	1.67
ДК-117	330	29,5	1.87	0,28	1.91
Примечание*...,. — коэффициент иасышеиня при номинальной токе обмотки якоря
и полном возбуждения
со столь высокими регулировочными свойствами имеются. Это сле-
дует из анализа регулировочных свойств тяговых машин теплово-
зов с электрической передачей, где из-за наличия на локомотиве
гибко и экономично регулируемого источника питания тяговых ма-
шин (тягового генератора) удается реализовывать коэффициенты
регулируемости 2,5—3 и более. Наличие на нагоне метрополитена
импульсного тиристорного преобразователя позволяет так же, как
на локомотивах с автономным источником питания, экономично ре-
гулировать токи и напряжения тяговых машин в широких преде-
лах. Поэтому и здесь регулировочные свойства тяговых машин
могут быть значительно улучшены. Это улучшение может быть ос-
новано на учете в процессе проектирования тяговых машин специ-
фических особенностей их импульсного безреостатного пуска.
При импульсном безреостатном пуске тяговых машин с помо-
щью тиристорных преобразователей можно в пределах до скорости
выхода на естественную характеристику при полном возбуждении
получить тяговую характеристику практически любой желаемой
формы независимо от того, каковы форма и параметры естествен-
ной характеристики тяговой машины. Следовательно, при проекти-
ровании можно выбирать требуемую форму характеристик маши-
ны в той зоне ее работы, где на нее уже не оказывают влияние
устройства регулирования, а в пределах до этой зоны использовать
импульсные тиристорные преобразователи не только как пускате-
ли, но и как формирователи нужных тяговых характеристик. Учи-
тывая, что, как было показано в § 9, регулировочные свойства тяго-
ных машин вагонов метрополитена ограничены не условиями ком-
мутации, а потенциальными условиями на коллекторе, наиболее
рационально улучшать их регулировочные свойства путем увели-
чения воздушного зазора между главными полюсами и якорем.
При этом одновременно с улучшением регулировочных свойств
улучшается устойчивость тяговых машин к образованию круговых
огней на коллекторе.
Если за основу при проектировании тяговой машины для вагона
с импульсными преобразователями взять серийную тяговую маши-
ну Д К-117А, то, как показывают расчеты, целесообразно увеличить
вз
в ней эффективный воздушный зазор между главными полюсами и
якорем в 1,4 раза. При этом коэффициент насыщения магнитной
системы машины в пусковом режиме при токе 370 А станет равным
1,28 вместо 2,04. Это приведет к значительному улучшению регули-
ровочных свойств: коэффициент регулируемости увеличится в 1,59
раза и появится возможность практически вдвое расширить зону
регулирования постоянной мощности, обеспечив разгон с макси-
мальной реализуемой мощностью до скорости 95 км/ч. Максималь-
ная степень ослабления возбуждения в этом случае остается преж-
ней, т. е. такой же. как у машины ДК-117А (= 0,28). а значит,
прежним будет и коэффициент устойчивости, равный 0,87.
Для компенсации некоторой потери силы тяги при пуске необ-
ходимо кратковременно на часть периода пуска форсировать с
помощью тиристорных регуляторов пусковой ток. увеличив его
примерно на 10 %, с 370 до 410 А. В период форсирования потери в
тяговых машинах соответственно возрастут в 1.21 раза. При тяго-
вых машинах с увеличенным воздушным зазором можно, напри-
мер, обеспечивать разгон с максимальной реализуемой мощностью
только в диапазоне скоростей 28 75 км/ч, а затем переходить на
естественную характеристику. В этом случае заметно возрастет
устойчивость тяговых машин к образованию круговых огней по
сравнению с устойчивостью серийной тяговой машины, так как ми-
нимальная степень возбуждения составит 0,4, а не 0,28, как у тяго-
вой машины ДК-117А. Иными словами, использование форсиро-
ванного пуска позволяет повысить надежность работы тяговых ма-
шин благодаря повышению интенсивности использования тири-
сторных регуляторов.
На рис. 31 показаны тяговая характеристика / машины
ДК-117А при обычном (нормальный зазор) пуске и тяговая ха-
рактеристика 2 машины ДК-117Ф при форсированном (увеличен-
ный зазор) пуске, а в табл. 12 приведены сравнительные парамет-
ры машин для рассматриваемых режимов пуска. Как следует из
токовых диаграмм, представленных на рис. 31. в режйме форсиро-
ванного пуска тяговой машины по аналогии с режимом регулиро-
вания тяговой передачи тепловоза появляется зона, в которой
ток обмотки якоря уменьшается по закону, при котором мощность,
реализуемая тяговой машиной, поддерживается постоянной. Фор
сирование пускового тока и последующее регулирование его в зоне
поддержания постоянной мощности обеспечивают путем управле-
ния коэффициентом заполнения тиристорного регулятора
Рассчитанные в соответствии с представленными на рис. 31
тяговыми характеристиками кривые движения вагона метрополи-
тена приведены на рис. 32. Как видно, в случае форсированного
пуска можно на перегоне длиной 1700 м при стоянке 25 с и запасе
10 с на нагон случайных опозданий реализовать скорость сообще-
ния 48,2 км/ч вместо скорости 46 км/ч, получаемой в тех же
условиях при обычном пуске. При этом каждой тяговой машиной
84
будет реализована мощность
продолжительного режима
80 кВт (240 А-375 В-0.89), в
то время как для тяговой
машины ДК-117 согласно ти-
повым испытаниям (см. § 8)
эта мощность составляет
93 кВт. Иначе говоря, будет
иметь место достаточный за-
пас по мощности продолжи-
тельного режима.
Применение режима фор-
сированного пуска и соответ-
ствующее ему изменение ха-
Г.кН to 5	0	100 200 J00 1.Л
Рис 31. Тяговые харак1ерис7ики тяго-
вых машин при обычном (ДК-117 А)
и форсированном (ДК-117 Ф| пуске
рактеристик тягоных машин
способствуют повышению эффективности рекуперативного тор-
можения при импульсном регулировании, так как при менее пасы
щенны.х машинах нужно балластные резисторы с меньшим сопро-
тивлением включать в цепь обмоток якорей для обеспечения элект-
рической устойчивости режима рекуперативного торможения в
зоне высоких скоростей [31], что сокращает потери в этих ре
зисторах и увеличивает к.п.д. рекуперации.
Расчеты показывают [29], что при форсированном пуске экс-
плуатационная скорость вагонов метрополитена повышается на
Таблица 12
Показатель	Значение показателя для машины	
	ДК*П7А (обычный режим!	1К-117Ф (форсмро ванный режим)
Зазор под главными полюсами, мм под центром полюса	2.5	3.5
эффективный воздушный	3.5	5,0
Активное сопротивление обмоток при температуре 110 °C, Ом	0,102	0,102
Номинальное напряжение, В	375	375
Пусковой ток при номинальной массе гру за вагона 9 т, А	370	410
Частота вращения якоря при токе 370 Л и полном возбуждении, об/мин	1000	1150
Коэффициент регулируемости при пуско- вом токе	1,75	2,79
Частота вращения при токе пбмотки якоря 370 А и ослабленном возбуждении, об/мин	2100	3450
Реактивная э. д. с. при выходе на характе- ристику максимального ослабления воз- буждения. В	При 57 км/ч	При 95 км/ч
	1.85	3,1
Максимальная степень ослабления воз- буждения	0.28	0.28
Н5
4.7%. Расход электрической энергии на тягу при повышенной экс-
плуатационной скорости без учета рекуперации возрастает на
6.2%, а стоимость вагонов благодаря росту стоимости электрообо-
рудования (тиристорных преобразователей и др.) увеличивается
на 1,1 %. Несмотря на это, общая экономия народнохозяйственных
затрат с учетом увеличения производительности вагонов, улучше-
ния использования капитальных вложений в подвижной состав и
ускорения доставки пассажиров составляет более 120 тыс. руб в
год в расчете на депо с парком 300 вагонов.
Режимы форсированного пуска технически целесообразно осу-
ществлять с помощью двуплечих тиристорных импульсных регу-
ляторов ДТИР (рис. 33), которые имеют выводы для независимо-
го питания обмоток якорей и возбуждения |8|. В схемах, показан-
ных на рис. 33. а и б, форсируют соответственно только ток в об-
мотке якоря и только ток возбуждения. В схеме рис. 33, в форсиру-
08 Н*м
; №
Рис. 33. Схемы форсированного пуска тяговых машин
ют ток в обмотках якоря и возбуждения. В этой схеме для обеспече-
ния режима регулирования возбуждения, который следует за фор-
сированным пуском, необходим отдельный регулятор тока возбуж-
дения ТРИ.
Подробные сведения о способах и режимах форсированного
пуска тяговых машин вагонов метрополитена с помощью импульс-
ных тиристорных преобразователей приведены в [29, 30|, где
представлены также результаты экспериментальных исследований
этих режимов.
Комплексный выбор параметров тяговых машин для вагонов
с импульсными преобразователями с учетом возможного повыше-
ния напряжения в контактной сети и связанных с этим расходов
[33, 34 J показывает, что для перспективного вагона оптимальными
являются напряжение в контактной сети 1200 В, мощность тяго-
вой машины в номинальном режиме 160 кВт, мощность в продол-
жительном режиме 140 кВт и пусковая мощность 190 кВт [10|.
При этих условиях на среднем перегоне длиной 1500 м оптимальной
будет скорость сообщения 50 км/ч, а на перегоне длиной 1700 м
51 км/ч.
Глава IV
ВАГОНЫ С ТИРИСТОРНЫМИ РЕГУЛЯТОРАМИ ТОКОВ
ВОЗБУЖДЕНИЯ ТЯГОВЫХ МАШИН
II. Вагоны ЕжЗ (81.710)
Общие сведения. Серийный выпуск вагонов ЕжЗ был начат
в 1974 г. В отличие от ранее выпускавшихся вагонов Еж2 на ваго-
нах ЕжЗ используют тиристорный регулятор РТ-300/300А для ре-
гулирования токов возбуждения тяговых машин. Такое усовер-
шенствование оказалось необходимым ввиду того, что характери-
стики тяговых машин ДК-116, устанавливаемых на вагоны ЕжЗ,
имеют ограничения по току в зоне высоких скоростей торможения.
Использование реостатно контакторного способа регулирования
токов возбуждения при наличии ограничений не позволяло полно-
стью автоматизировать процесс электрического торможения Это
препятствовало внедрению системы автоматического регулирова-
ния скорости (АРС) на метрополитене и отрицательно сказывалось
на повышении пропускной способности его линий.
Применение на вагонах ЕжЗ тиристорного регулятора позво-
лило полностью автоматизировать процесс электрического тормо-
жения. причем оказалось возможным с помощью тиристорного
регулятора PT-300/300A вести регулирование процесса электри-
ческого торможения в зоне высоких скоростей с учетом парамет-
ров, определяющих ограничения по току тяговых машин. Таким
образом, были реализованы предельные для тяговых машин
87
ДК-116 тормозные характеристики и заметно сокращены тормоз-
ные пути вагонов при торможениях в диапазоне скоростей 70—
90 км/ч. Это дало возможность ввести автоматический контроль за
режимами движения вагонов и увеличить пропускную способность
линий метрополитена.
Вагоны ЕжЗ имеют следующие параметры и технические ха-
рактеристики:
Масса вагона без груза, т	32,5
Средняя расчетная масса груза, т	9
Максимальная масса груза, т	21
Конструкционная скорость, км/ч	90
Скорость сообщения на перегоне длиной 1700 м при экпивалентном подъ
еме (уклоне) 3%о, массе груза Эти времени стоянки 20с не менее, км/ч 43*
Скорость сообщения на перегоне длиной 800 м при массе груза 9 т. времени
стоянки 20с и эквивалентном подъеме (уклоне) 13%о не менее, км/ч	30
Среднее ускорение вагона при пуске в зоне поддержания уставки тока
при массе груза 9 т, м/с’	1,22
Среднее замедление на горизонтальном участке пути при торможении со
скорости 90 км/ч до полной остановки при массе груза 9 т. м/с’	1,17
Время разгона на участке с уклоном до скорости 80 км/ч при массе
груза 9 т. с	46
Среднее ускорение в диапазоне скоростей 28.8—41.7 км/ч в режиме ослаб
ления возбуждения, при напряжении сети 880 В и массе груза 9 т. м/с’ 0.99
Расход электрической энергии на тягу при массе груза 20 т. скорости
сообщения 44 км/ч. на перегоне длиной 1500 м, при эквивалент ном подъеме
(уклоне) 3%« и времени стоянки 20 с, Вт-ч/(т-км)	62
Тормозной путь с момента включения тормозной позиции до полной оста-
новки при скорости начала торможения 90 км/ч. массе груза 9 т. на
подъеме ЗЧо. м	282
Время торможения со скорости 90 км/ч, с	21,4
Удельная пусковая мощность вагона. кВт/т	8.8
Вероятность безотказной работы комплекта тягового электрооборудования
за гарантийный срок работы в течение одного года не менее	0,9
Ресурс до капитального ремонта тяговых машин с заменой изоляции обмо-
ток. тыс. км	1200
Срок службы тяговых машин до списания, лет	30
• Время стоянки, регламентируемое ГОСТ 25206 —82 «Вагины метрополитена», состав-
ляет 25 с.
Схема силовых цепей. Режим тяги. Схема силовых цепей вагона
ЕжЗ поясняется рис. 34. При установке рукоятки контроллера ма-
шиниста (КМ) в первое положение замыкаются линейные контак-
торы ЛК1, ЛКЗ. ЛК4, ЛК5, контакторы шунтирования возбужде-
ния KillI. КШ2 и мостовые контакторы TI2, TI3. В этом случае
все четыре тяговые машины ДК-116Л соединены последовательно,
в их цепь включены резисторы Rl, R2, а возбуждение тяговых ма-
шин ослаблено до 3.5%. При таком положении рукоятки КМ реали-
зуется маневровый режим работы вагона, когда сила тяги машин
минимальна. Тяговый ток протекает по цепи ЛК!, ЛК5, ЛКЗ об-
мотки якорей тяговых машин / и 3, КШ1. ИШ1-3, РК25, часть R3,
обмотки возбуждения OBI. ОВЗ, T9, PKI. RI, R2, РК2, ТЧ, КШ2,
ИШ2-4, РК26, часть R4, ОВ2, ОВ4, обмотки якорей тяговых ма-
шин 2 и 4, Тб.
88
Рис. 34. Принципиальная схема силовых электрических цепей вагона типа ЕжЗ
При установке рукоятки КМ во второе положение размыкаются
контакторы КШ1. КШ2, возбуждение тяговых машин усиливается
до 100 % и приходит во вращение реостатный контроллер (РК).
Его кулачковые контакторы РК!— РК20 начинают поочередно
замыкаться. Вращение вала РК происходит под контролем токово-
го реле РУТ, силовые катушки которого включены в цепи якорей
тяговых машин. После последовательного замыкания всех кулач-
ковых контакторов РК происходит переключение тяговых машин
с последовательного на последовательно-параллельное соедине-
ние (при скорости движения 12 км/ч). Замыкаются контакты Т8,
ТЗ. Т17. Т20 и размыкаются TI2, Т13. В цепь тяговых машин /. 3
вводится резистор /?/, а в цепь тяговых машин 2. 4— резистор R2.
Такое переключение обеспечивается за десятые доли секунды,
когда вал РК не вращается.
Затем вал РК снова приходит во вращение, но уже в обратном
направлении и вновь из цепи тяговых машин I, 3 и 2, 4 под контро-
лем РУТ начинают ступеням.и выводиться резисторы R1 и R2 Этот
процесс заканчивается при скорости вагона 22—24 км/ч. Напря-
жение на каждой тяговой машине при этом равно половине на-
пряжения контактной сети.
При установке рукоятки КМ в третье положение после завер-
шения процесса выведения резисторов Rl. R2 начинается ослабле-
ние возбуждения тяговых машин со 100 до 35 %. Ослабление воз-
буждения осуществляется в четыре ступени. Первая ступень обес-
печивается замыканием контакторов КШ1, КШ2. При этом воз-
буждение тяговых машин ослабляется до 78 %. Последовательное
замыкание кулачковых контакторов РК21. РК23. РК25 в цепи тя-
89
говы.х машин I. 3 и контакторов РК22. РК24. РК.26 в цепи тяговых
машин 2, 4 приводит к дальнейшему ослаблению возбуждения до
56,44 и 35 %. Режим ослабления возбуждения начинается при ско-
ростях 22 24 км/ч и заканчивается в диапазоне скоростей 42—
45 км/ч. Далее разгон вагона осуществляется при работе тяговых
машин на естественной характеристике при максимальном ослаб-
лении возбуждения 35 %.
При переводе рукоятки КМ в нулевое положение перед разбор-
кой силовой цепи размыкается линейный контактор ЛК5 и в цепь
тяговых машин вводится резистор R5. Это делается с целью смяг-
чить толчки, возникающие в тяговой передаче при размыкании си-
ловой цепи.
Режим торможения. При установке рукоятки КМ в тормозное
положение замыкаются контакты Т2, Тб, ЛК4, Т7, Til, Т12, Т13, а
также КСБ1, КСБ2. Ток обмоток якорей тяговых машин /, 3 прохо-
дит по цепи: Т2. ОВ2. ОВ4, Тб. РК2, R2. TI3, TI2. Rl. РК1. ТП, об-
мотки якорей машин 3, /, а ток якорей тяговых машин 2, 4 по це-
пи: обмотки якорей машин 2, 4, ЛК4. Тб. РК2, R2. ТГЗ. TI2, RI,
PKI. Til, OBI, ОВЗ, Т7. В процессе самовозбуждения тяговых ма-
шин тиристорный регулятор РТ-300 не работает. После окончания
самовозбуждения, которое длится 0,5—3,5 с, ток в обмотках яко-
рей тяговых машин достигает тока уставки и в работу вступает ти-
ристорный регулятор токов возбуждения РТ-300/300А. Он ослаб
ляет возбуждение тяговых машин до 28 % (рис. 35). По мере сни-
жения скорости вагонов с 90 до 58 км/ч возбуждение тяговых ма-
шин с помощью регулятора РТ-300 усиливается с 28 до 82% (по-
дробно о работе тиристорного регулятора РТ-300 см. на с. 100).
Затем размыкаются контакты КСБ1, КСБ2, возбуждение тяговых
машин усиливается до полного (100%) и начинается выведение
тормозных резисторов Rl. R2. Эти резисторы выводятся, как и при
пуске, ступенями, путем замыкания контактов РК. Вращение вала
РК осуществляется под контролем РУТ.
Электрический тормоз истощается при скорости вагона 7—
8 км/ч и на него автоматически накладывается пневматиче-
ский тормоз.
Рис. 35 Осциллограммы токов обмоток якоря и возбуждения тяговых машин при
работе тиристорного регулятора РТ-300 в режиме торможения
90
Тягово-энергетические испытания. Испытания вагонов ЕжЗ
проводились сотрудниками ВНИПТИ завода «Динамо» и ВНИИВ.
Были получены несколько отличные друг от друга результаты.
В первом случае электрооборудование вагонов перед испытаниями
было настроено представителями завода «Динамо», а во втором —
испытывались вагоны, поступившие непосредственно с Мытищин-
ского машиностроительного завода и не прошедшие какой-либо
специальной настройки. Кроме того, в первом случае масса груза
составляла 18 т на каждый вагон трехвагонного состава, а во вто-
ром — в одних режимах вагоны испытывались при массе груза
9 т, а в других — при массе груза 20 т на каждый вагон трехва-
гонного состава.
В испытаниях, проведенных сотрудниками ВНИИВ, были полу-
чены следующие результаты:
В диапазоне скоростей 80—57,5 км/ч
Время работы регулятора РТ-300, с	10.5
Ток обмоток при 80 км/ч. А:
якорей	218
возбуждения	89
Коэффициент ослабления возбуждения при скорости, км/ч:
ВО	0.41
57,5	0,86
Ток обмоток при 57.5 км/ч, А:
якорей	253
возбуждения	218
Путь, пройденный вагоном за время работы регулятора РТ-300, м	190
Среднее замедление,	м/с*	0,59
В диапазоне скоростей 57.5—7.5 км/ч
Время торможения, с	Ю
Средний тормозной ток. А	295
Пройденный путь, м	90
Среднее замедление, м/с*	1.39
В диапазоне скоростей 7.5—0 км/ч
Время спадания тормозного тока до нуля, с	3,6
Пройденный путь, м	7
Среднее замедление, м/с*	0.58
Я диапазоне скоростей 80—0 км/ч
Время торможения до полной остановки, с	24.1
Пройденный путь, м	288
Среднее замедление, м/с*	0,92
В процессе испытаний было отмечено, что скорость нараста-
ния замедления максимальна при скорости движения 57,5 км/ч,
когда происходит переход от регулирования тока возбуждения к
регулированию сопротивления тормозных резисторов. В этот мо-
мент уставка тормозного тока повышается на 70 А — с 253 до
323 А, и происходит резкое нарастание замедления с 0.59 до
1,39 м/с2. Скорость нарастания замедления в этом режиме состав-
ляет 1,75 м/с3.
В процессе испытаний, проведенных сотрудниками ВНИПТИ
при среднем напряжении в контактной сети 910 В на перегонах
91
длиной 1500 м с эквивалентным уклоном (подъемом) 3%о и челноч-
ном режиме движения, были измерены токи тяговых машин, ско-
рость вагонов, пройденный путь, температура обмоток тяговых ма-
шин и расход электроэнергии на тягу.
Время разгона вагонов со средней массой груза 9 т до скорости
60 км/ч составило 22 с, пройденный путь 222 м. Разгон до скорости
90 км/ч продолжался 66 с и происходил на участке длиной 1170 м.
Ток обмоток якорей при скорости 60 км/ч был равен 175 А, при
скорости 90 км/ч — 110 А. Уставка токов обмоток якорей в обеих
группах тяговых машин составила 255 А. Максимальный коэф-
фициент ослабления возбуждения в одной группе тяговых машин
был равен 0.4, а в другой —0,41. Кривая разгона трехвагонного со-
става при напряжении в контактной сети 880 В характеризуется
следующими данными:
о, км/ч	5	10	20	30	40	50	60	70	80	85	90
/. с	2	3.3	5.5	7,7	10,3	14,5	21	31.7	46	55.5	65.5
3. м	1	3	II	26	53	104	200	400	705	925	1185
Примечание Расхождении с предыдущими данными объясняются погрешностью
измерений и различием профилей пути
Параметры тормозного режима определяли при торможении
трехвагонного состава на горизонтальном участке со средней мас-
сой груза 9 т на вагон. Время торможения и тормозной путь при
торможении со скорости 90 км/ч до полной остановки составили
соответственно 21,4 с и 282 м. При торможении со скорости 80 км/ч
тормозной путь был (завей 231 м. время торможения 20 с, а среднее
замедление 1.07 м/с2. За время работы тиристорного регулятора
тока возбуждения PT-300/300A в диапазоне скоростей торможе-
ния 80— 58 км/ч вагоны прошли тормозной путь 130 м при замед-
лении 0,89 м/с4. Время работы тиристорного регулятора в этом ре-
жиме 6,5 с.
В процессе работы тиристорного регулятора РТ-300/300А при
уменьшении скорости вагонов уставка тока обмоток якорей возрас-
тала с 203 А (80 км/ч) до 304 А (58 км/ч), а коэффициент ослабле-
ния возбуждения увеличивался при этом с 0,32 до 0,84. В отмечен-
ном режиме напряжение на обмотках якорей тяговых машин по-
степенно повышалось с 525 до 750 В. При торможении с низких ско-
ростей определяли время возбуждения тяговых машин, которое от-
считывали от момента сбора силовой цепи режима торможения до
момента достижения токами в обмотках якорей 2/3 тока уставки.
При начале торможения со скорости 47 км/ч время возбуж-
дения составляло 0,6 с, со скорости 35 км/ч —2 с, а со скорости
20 км/ч —3 с.
Испытание нагревостойкости тягового электрооборудования
проводили при средней массе груза на вагон. На участке длиной
800 м с эквивалентным уклоном (подъемом) 11 %о в режиме чел-
ночного движения при времени стоянки 25 с была реализована
92
скорость сообщения 30,7 км/ч. При температуре окружающей сре-
ды 23 °C превышения температуры обмоток якорей, возбуждения,
дополнительных полюсов и коллектора составили соответственно
125. 116, 95 и 90 °C.
В этом режиме удельный расход электроэнергии на тягу, изме-
ренный счетчиком, был равен 103,5 Вт-ч/(т-км). Превышение
температуры секций пускотормозных резисторов составило 100—
200 °C.
В процессе испытаний был проведен опыт короткого замыкания
на линии. Короткое замыкание (к. з.) осуществлялось на контакт-
ном рельсе вблизи состава из испытываемых вагонов, движущихся
со скоростью 29 км/ч (возбуждение 100 %) и 59 км/ч (ослаблен-
ное возбуждение тяговых машин). Было отмечено, что в обоих слу-
чаях максимальная защита вагонов срабатывала после отклю-
чения защитными устройствами подстанции тока к. з.
Проведенные испытания подтвердили работоспособность ком-
плекта тягового электрооборудования и позволили дать рекомен-
дации для серийного выпуска вагонов.
12. Вагоны 81.714, 81.717
Схема силовых цепей. Параметры и технические характеристи-
ки вагонов 81.714, 81.717 приведены ниже.
Масса вагона без груза, т	33,5/34,5*
Средняя расчетная масса груза, т	9
Максимальная масса груза, т	23/22*
Конструкционная скорость, км/ч	90
Скорость сообщения при массе груза 9 т. км/ч:
перегон 1700 м. эквивалентный подъем (уклон) 3%„. время стоянки
20 с	46
то же, время стоянки 25 с	44.3
Перегон 800 м. время стоянки 20 с. эквивалентный подъем
(уклон) 13%.	32,7
Среднее ускорение вагона при пуске в зоне поддержания уставки
тока при массе груза 9 т. м/с’	1,21
Среднее замедление на горизонтальном участке пути при торможении
со скорости 90 км/ч до полной остановки при массе груза 9 т. м/с’ 1.0
Время разгона на площадке до скорости 80 км/ч при массе груза
22 т на вагон, с	40
Скорость изменения ускорения (замедления), м/с*	0.63
Предельный подъем (уклон), %»	40
Тормозной путь до полной остановки при скорости начала торможе-
ния 90 км/ч. максимальной массе груза вагонов и торможении на
площадке, м	270
Расход электрической энергии на тягу |масса груза 20 т, перегон
1700 м, эквивалентный подъем (уклон) 3%о, время стоянки 20 с].
Вт-ч/(т-км):
при скорости сообщения 46 км/ч	53
то же 50 км/ч	68
Удельная пусковая мощность вагона. кВт/т	11.35/11,1*
Себестоимость 1000 вагоно-км ие более, руб	100
Срок службы кузова и тележек, лет	’ 35
• В числителе —для вагона 81 714. в знаменатель для нагона 81.717.
93
Для реализации указанных технических характеристик на каж-
дом вагоне 81.714 и 81.717 установлены четыре тяговые машины
ДК-Н7А.
Регулирование токов обмоток якорей и возбуждения тяговых
машин в тяговом и тормозном режимах осуществляют в соответ-
ствии с пускотормозной диаграммой (рис. 36). При торможении в
диапазоне скоростей от 90 до 65 км/ч регулирование токов в обмот-
ках возбуждения тяговых машин обеспечивают с помощью тири-
сторных импульсных регуляторов. Применение тиристорных регу-
ляторов в этом диапазоне скоростей вызвано стремлением макси-
мально сократить тормозные пути вагона, так как при скоростях
90—65 км/ч тяговые машины работают в наиболее напряженных
режимах. Поэтому необходимо точно, плавно, а значит, автомати-
чески поддерживать токи и напряжения на обмотках якорей, а
также токи обмоток возбуждения на уровнях, предельно допусти-
мых для тяговых машин ДК-117А. Использование тиристорных
регуляторов позволяет полностью автоматизировать процесс
электрического торможения и значительно сократить тормозные
пути вагонов.
/„л
Рис. 36 Пускогормозиая диаграмма вагонов Я1.714, 81 717
94
Применение тиристорных регуляторов тока возбуждения толь-
ко в режимах торможения вызвано тем обстоятельством, что при
их использовании для регулирования токов в обмотках возбужде-
ния в режимах тяги возникают пульсации токов в обмотках яко-
рей. Эти пульсации оказывают воздействие на рельсовые цепи мет-
рополитена и при определенных условиях могут вызвать ложное
срабатывание устройств АРС, которые получают сигналы по рель-
совым цепям.
Режим тяги. В режиме тяги можно выделить три характерных
периода работы электрооборудования вагона: регулирования на-
пряжения на обмотках якорей тяговых машин (режим пуска), ре-
гулирования токов возбуждения (режим ослабления возбужде-
ния), работы тяговых машин на естественной характеристике мак-
симального ослабления возбуждения (режим естественной харак-
теристики).
Для вагонов 81.714 и 81.717 режим пуска применяют в диапа-
зоне скоростей от 0 до 28 км/ч и он продолжается около 7 с; режим
ослабления возбуждения осуществляют в диапазоне скоростей
28— 58 км/ч (около 10 с) и режим естественной характеристики —
в диапазоне скоростей 58—90 км/ч (около 36 с). Каждому из пере-
численных режимов свойственны свои способы регулирования и
функционирования тяговых машин.
Схема силовых цепей в режиме пуска (рис. 37, а) содержит
две группы тяговых машин по две тяговые машины в каждой груп-
пе, причем обмотки якорей и обмотки возбуждения соединены по-
следовательно и подключены к пусковым резисторам R„t, RnJ. Пус-
ковые резисторы для обеспечения плавности пуска секционирова-
ны на большое число ступеней, к каждой из которых подключен
контакт РК- Переключающие контакторы ПI, П2 и мостовой кон-
тактор М служат для переключения схемы с последовательного
соединения всех тяговых машин на последовательно-параллель-
ное.
Для трогания с места рукоятку контроллера машиниста (КМ)
устанавливают в положение «Ход I». При этом замыкается контакт
Л1, а контакты П1. П2 размыкаются. Пусковые резисторы R„i, Rni
полностью введены. Для максимального смягчения начального
толчка в тяговой передаче на первой позиции РК (в первую секун-
ду пуска) кратковременно на десятые доли секунды подключают
цепи ослабления возбуждения (рис. 37, б), которые шунтируют
обмотки возбуждения I, 3 и 2, 4 индуктивными шунтами и резис-
торами и обеспечивают начальное ослабление возбуждения 28 %.
На второй позиции РК возбуждение усиливается до 100 %.
После сбора силовых цепей ток из контактной сети протекает
по цепи: HI, ЯЗ, 0131, 0133, Rnl. контакт М, R.?, Я2, Я4, ОВ2, 0134,
земля. Ток в обмотках якорей при этом составляет около 150 А.
Это ограничивает начальный толчок в тяговой передаче до уста-
новленного практикой эксплуатации уровня, при котором скорость
изменения ускорения не превышает 0,6 м/с3 и имеют место прием-
95
лемые условия с точки зрения комфорта для стоящих, не держа
щихся за поручни пассажиров.
При установке рукоятки КМ в положение «Ход I» имеет
место маневровый режим работы, используемый на подъездных
путях и в депо. При установке рукоятки КМ в положение
«Ход 2» осуществляется автоматический пуск тяговых машин ва-
гона. Вал РК начинает вращаться, а контакты РК, шунтирующие
пусковые резисторы, начинают поочередно замыкаться, умень-
шая, таким образом, результирующее сопротивление, включен-
ное в цепь тяговых машин. Ток в обмотках якорей при этом по-
степенно возрастает.
После того как РК доходит до 6й позиции (выведено пять
ступеней резисторов из цепи тяговых машин), до которой он
вращается хронометрически (переход с одной позиции РК на дру-
гую осуществляется через равные промежутки времени, опреде-
ляемые настройкой реле времени РВ и не зависящие от каких-либо
других причин), ток в обмотках якорей достигает значения, рав-
ного уставке, на которую отрегулировано токовое реле ускорения
РУТ.
Реле РУТ наряду с реле времен# РВ управляет угловой скоро-
стью вала РК, а значит, скоростью выведения ступеней пусковых
резисторов. Реле ускорения РУТ имеет две силовые катушки, одна
из которых включена в цепь якорей тяговых машин 1.3, а другая —
в цепь якорей машин 2, 4. Таким образом, реле РУТ реагирует на
сумму токов в обмотках якорей обеих групп тяговых машин. Ус-
тавка РУТ составляет 300 А на группу тяговых машин при по-
рожнем вагоне и 400 А — при максимально загруженном вагоне.
Когда сумма токов в обмотках якорей двух групп превышает 600
96
(800 А), блок-контакты реле РУТ размыкают цепь питания серво-
двигателя, приводящего во вращение вал РК. и выведение ступе-
ней резисторов приостанавливается.
По мере разгона вагона и роста частоты вращения якорей тяго-
вых машин ток в их обмотках уменьшается и становится меньше
уставки РУТ. При этом блок-контакты реле РУТ вновь замыкают
цепь питания серводвигателя, который приводит во вращение вал
РК, и выведение ступеней резисторов продолжается. Таким обра-
зом, при положении рукоятки КМ «Ход 2» с помощью реле РУТ
осуществляется автоматический пуск тяговых машин и разгон ва-
гона. Вал РК под контролем РУТ вращается с 1-й до 18-й пози-
ции, на которой он временно задерживается. При этом все ступени
резисторов выведены из цепи тяговых машин. Скорость движения
вагона составляет около 12 км/ч. На этом регулировочные возмож-
ности схемы с последовательным соединением тяговых машин ис-
черпаны, так как к ним приложено полное напряжение контактной
сети. На каждой из тяговых машин напряжение составляет '/< на-
пряжения сети и нет другой возможности для дальнейшего регу-
лирования частоты вращения, кроме переключения обмоток тяго-
вых машин по другой схеме. Для такого переключения и нужна
указанная ранее задержка вращения вала РК на 18-й позиции.
Для переключения тяговых машин с последовательного соеди-
нения на параллельное размыкается контакт М и замыкаются П1,
П2 (см рис. 37, а). Такое переключение называется переключени-
ем по схеме моста. При этом ступени пусковых резисторов Rni, Rai
вновь оказываются полностью введенными в цепь тяговых машин.
Но теперь уже каждый пусковой резистор включен в цепь только
одной группы тяговых машин и таким образом образованы две па-
раллельные группы, по две машины в группе. Каждая группа
через пусковой резистор подключена к контактной сети
Выведение ступеней пусковых резисторов в режиме последова-
тельно-параллельного соединения тяговых машин в отличие от ре-
жима последовательного соединения обеспечивается при враще-
нии вала РК в обратном направлении, т. е. с 18-й позиции на 1-ю.
Это вращение также осуществляется под контролем реле РУТ.
При последовательно-параллельном соединении для смягчения
толчков силы тяги выведение ступеней резисторов из двух цепей тя-
говых машин происходит поочередно. В положении рукоятки КМ
«Ход 2» вал РК в процессе вращения останавливается на 5 й пози-
ции. Эта позиция является ходовой. Напряжение на каждой тяго-
вой машине в этом режиме составляет 375 В (половина напряже-
ния сети), а скорость движения вагона —28 30 км/ч. Положение
«Ход 2» обычно используется машинистами для движения на за-
тяжных подъемах. При движении в этом режиме (режим есте-
ственной характеристики при возбуждении 100 %) скорость ваго-
на продолжает расти, но интенсивность набора скорости резко со-
кращается, так как с ростом скорости заметно уменьшается ток
в обмотках якорей, а следовательно, и сила тяги.
4 Зм. 115®	-	97
Для повышения интенсивности разгона рукоятку КМ переводят
в положение «Ход 3». При этом включаются контакторы шунтиро-
вания КШ1. КШ2 (см. рис. 37, б) и параллельно обмоткам возбуж-
дения каждой группы тяговых машин подключается цепь, содер-
жащая индуктивный шунт ИШ1 (ИШ2) и резистор ослабления
возбуждения /?<„,! Около 30 % тока, протекавшего ранее по
обмоткам возбуждения, ответвляется в цепи индуктивных шунтов
ИШ1, ИШ2. Это значит, что магнитное поле, создаваемое обмот-
ками возбуждения, стало ослабленным, а ослабление возбуждения
составляет 70 %.
Когда по мере разгона вагонов сумма токов обмоток якорей
становится меньше тока уставки РУТ, приходит во вращение сер-
водвигатель и поворачивает вал РК с 5-й на 4-ю позицию. При
ЭТОМ ИЗ ШуНТИруЮШИХ ОбМОТКИ ВОЗбуЖДеНИЯ реЗИСТОроВ /?0,|, Rm2
одновременно выводится по одной ступени. Это приводит к тому,
что теперь уже 50 % тока обмоток якорей начинает протекать по
цепям индуктивных шунтов и резисторов, шунтирующих обмотки
возбуждения. Ослабление возбуждения при этом составляет 50 %.
Токи в обмотках якорей возрастают, увеличивается и сила тяги
При следующем повороте вала РК на 3-ю позицию ослабление
возбуждения составит 35 %, а при переходе вала РК на 2-ю пози-
цию —28 %. Переход РК со 2-й на 1-ю позицию не вызывает ника-
ких изменений в схеме. Реализуемое на 2-й позиции РК максималь-
ное ослабление возбуждения 28 % является предельно допусти-
мым для тяговых машин ДК-117А с точки зрения потенциальной
напряженности работы коллекторного узла.
Как следует из диаграммы разгона вагона (рис. 37. в), на уча-
стке Оа реостатный контроллер за 7,5 с проходит 32 позиции, а на
участке ab за 10 с РК проходит всего три позиции (начальная сту-
пень ослабления возбуждения 70 % обеспечивается замыканием
контактов КШ1, КШ2). Таким образом, очевидно, что на участке
ab имеет место значительно более грубое регулирование, чем на
участке Оа. Осциллограммы тока в обмотках якорей, снятые в про-
цессе испытаний вагонов (рис. 38), показывают, что броски тока
при переходе с одной ступени ослабления возбуждения на другую
Рис 38. Осциллограмма тока в цепи
обмоток якорей тяговых машин вагона
81.717 в тяговом режиме при массе
груза 9 т и разгоне вагона до скорости
83 км/ч:
/—начало осциллограммы: 2—ее окон,
чайке
98
доходят до 80—90 А. Такие броски тока, как правило, ухудшают
коммутацию и осложняют работу щеточно-коллекторного узла тя-
говых машин.
На участке Ьс (см. рис. 37, в) никакого регулирования не про-
исходит. Все резисторы из цепей тяговых машин выведены, воз-
буждение ослаблено до 28 %, и разгон происходит при работе тяго-
вых машин на естественной характеристике при максимальном
ослаблении возбуждения. На этом участке кривой разгона интен-
сивность набора скорости постепенно сокращается. Ток обмоток
якорей, ничем не регулируемый, уменьшается в соответствии с ес-
тественной характеристикой тяговых машин. Пропорционально
уменьшению тока уменьшается мощность, потребляемая тяговыми
машинами из контактной сети, а следовательно, уменьшается и
развиваемая ими сила тяги. При скорости 90 км/ч ток одной груп-
пы тяговых машин становится равным 200 А, тогда как при скоро-
сти 60 км/ч он составлял 360 А. Сила тяги одной машины при ско-
рости 90 км/ч становится равной 2,5 кН, а при скорости 60 км/ч
она составляла 7.2 кН.
Разгон в режиме, соответствующем естественной характери-
стике при максимальном ослаблении возбуждения, не столь про-
должителен по времени, как это показано на рис. 37, в. При сущест-
вующих скоростях сообщения 40—42 км/ч на перегоне длиной
1500—1700 м поезд разгоняют обычно до скоростей 60—70 км/ч.
а затем отключают тяговые машины и переходят на выбег. Поэто-
му разгон в режиме естественной характеристики продолжается,
как правило, от 2 до 7 с. Но в случае необходимости нагона опозда-
ний период разгона становится весьма длительным и важным. По-
следнее объясняется тем, что от того, насколько эффективно с по-
мощью этого режима можно устранять постоянно встречающиеся в
эксплуатации случайные отклонения поезда от планового графика,
зависит та максимальная скорость сообщения, которая может
быть заложена в график движения без опасности его сбоя при каж-
дой даже незначительной случайной задержке поезда на станции.
Режим торможения. В режиме торможения тяговые машины
вагона соединены по перекрестной мостовой схеме. В диагональ
моста, образованного обмотками якорей и обмотками возбужде-
ния, включен тормозной резистор. По нему протекает суммарный
ток обмоток якорей обеих групп тяговых машин. Как видно из
рис. 39, ток обмоток якорей машин первой группы протекает по
обмоткам возбуждения машин второй группы, а в контуре цепи, со-
держащем обмотки возбуждения машин первой группы, протекает
ток обмоток якорей машин второй группы. Это так называемое
перекрестное соединение обмоток машин в режиме электрического
торможения обеспечивает электрическую устойчивость схемы.
Последовательность работы схемы такова, что вначале в зоне
высоких скоростей тормозные резисторы полностью введены, а ти-
ристорные регуляторы сначала ослабляют, а затем усиливают воз-
4*
99
Рис 39. Схема силовых цепей вагонов 81 714 и 81.717 в режиме электрического
торможения
буждение тяговых машин, регулируя токи /1И| и /ш2. Процесс регу-
лирования указанных токов осуществляется по сигналу датчика
тока якоря (ДТЯ) и заканчивается при скоростях 65 68 км/ч,
когда размыкаются контакты КШI, КШ2 (см. рис. 37, б). Далее в
работу вступает реостатный контроллер, последовательное замы-
кание контактов которого обеспечивает ступенчатое выведение
тормозных резисторов. Эффективное электрическое торможение
сохраняется до скоростей 5 8 км/ч, а затем в действие вступает
пневматический тормоз.
Рассмотрим работу тиристорного регулятора тока возбуждения
PT-300/300A. В исходном состоянии коммутирующие конденсато-
ры С27, С28 заряжены с полярностью, показанной на рис. 40. На-
чальный заряд конденсаторов обеспечивается благодаря падению
напряжения на делителе из пяти резисторов сопротивлением по
300 Ом, включенных между проводами Л40 и Л39. Между этими
проводами существует разность потенциалов, примерно равная
сумме напряжений на обмотках якорей двух тяговых машин за вы-
четом падения напряжения на двух обмотках возбуждения Эта
разность потенциалов составляет около 1000 В. Под ее действием
по делителю, включенному между проводами Л 40 и Л39, протекает
ток делителя /,. Этот ток создает падение напряжения около 200 В
на резисторе, включенном между проводами Л40 и Л43. Работа ти-
ристорного регулятора начинается с того, что импульсы из цепей
100
управления поступают на управляющий электрод вспомогательно-
го тиристора Тб. Отпирание его приводит к появлению зарядного
тока в цепи коммутирующих конденсаторов С27. С28 под действи-
ем падения напряжения 200 В на резисторе, включенном между
проводами Л40 и Л43. Коммутирующие конденсаторы заряжаются
до напряжения 200 В током, протекающим по цепи: Л40, Тб. L3.
С27 (С28), резистор 0,02 Ом, диод V12 (VII), резистор 270 Ом,
Л43.
Импульсы управления на главные тиристоры ТЗ, Т4 поступают
одновременно. При их отпирании тиристорный регулятор шунтиру-
ет обмотки возбуждения 4. 2 и ток в них начинает уменьшаться,
так как все большая доля тока обмоток якорей !*\ начинает ответ-
вляться в цепь тиристоров ТЗ. Т4. Таким образом, ток /ш2 возраста-
ет, а ток /,2 уменьшается. Уменьшению тока /.2 при открытых тнри-
Рис. 40 Принципиальная схема силовых цепей регулятора тока возбуждения
РТ-300
101
сторах ТЗ, Т4 способствует то обстоятельство, что суммарное ак-
тивное сопротивление цепи указанных тиристоров с учетом четырех
последовательно-параллельно включенных резисторов по 0.02 Ом
составляет 0.02 Ом, тогда как суммарное сопротивление двух об-
моток возбуждения в 5 раз больше и составляет около 0,1 Ом.
Отпирание тиристоров ТЗ, Т4 приводит также к перезаряду
коммутирующих конденсаторов С27, С28 до обратной полярности
по цепи С27 (С28), L4, V9, Т4 (ТЗ), С27 (С28). Перезаряд носит
колебательный и подготовительный характер и служит для обеспе-
чения в дальнейшем запирания главных тиристоров ТЗ, Т4. Запи
ранне обоих главных тиристоров ТЗ, Т4 происходит при отпира-
нии вспомогательного тиристора Тб. Отпирание тиристора Тб при-
водит к тому, что параллельно каждому из главных тиристоров че-
рез коммутирующий реактор L3 подключается коммутирующий
конденсатор. Под действием напряжения на коммутирующих кон-
денсаторах С27, С28 в цепи каждого из главных тиристоров начи-
нает протекать ток, направленный навстречу току 1Ш2, протекав-
шему по тиристорам ТЗ. Т4 до момента отпирания тиристора Тб.
Токи конденсаторов С27, С28 постепенно вытесняют токи из глав-
ных тиристоров ТЗ, Т4. и они начинают восстанавливать свои запи-
рающие свойства. Параметры коммутирующих конденсаторов С27,
С28 и коммутирующего реактора 1.3 выбраны таким образом, что
обратное напряжение к главным тиристорам ТЗ, Т4 прикладыва-
ется в течение 150 200 мкс, что достаточно для полного восста-
новления их запирающих свойств.
В начальный момент запирания главных тиристоров ТЗ, Т4
ток /Ш2 вытесняется из их цепи в цепь тиристора Тб и комму-
тирующих конденсаторов С27, С28. Этим током коммутирую-
щие конденсаторы заряжаются до исходной полярности. По
мере заряда конденсаторов ток /ш2 постепенно вытесняется
в цепь шунтирующего резистора /?ш. От протекания тока /а,г
по резистору Ru, на нем возникает напряжение от 100 до 200 В.
До этого значения заряжаются коммутирующие конденсаторы
С27, С28. Таким образом, один цикл работы тиристорного регуля-
тора закончился и ток в нем вначале возрос до максимального зна-
чения, а затем спал до нуля, вытеснившись в цепь резистора
/?ш. Так как сопротивление резистора намного превышает
активное сопротивление обмоток возбуждения, то ток из цепи
этого резистора постепенно вытесняется в цепь обмоток воз-
буждения Очевидно, что чем дольше открыты тиристоры ТЗ.
Т4, тем больше среднее значение тока /Ш2 и меньше ток в обмот-
ках возбуждения.
На рис. 41 приведены диаграммы, поясняющие работу
тиристорного регулятора. Управляющие импульсы ИУ на ти-
ристоры ТЗ, Т4 и Тб подаются поочередно с частотой 100 Гц.
Это значит, что период регулирования Т составляет 10 000 мкс.
При токе обмоток якорей /Я| = 350 А, токе в обмотках возбужде-
на
Рис. 41. Диаграммы напряжений на эле-
ментах регулятора РТ-300 и обмотках
возбуждения
ния /„2=200 А и токе в шунти
рующей цепи /ш2=150 А коэф-
фициент ослабления возбужде-
ния р = /.г//.| =0,57.
Когда тиристоры ТЗ, Т4 за-
перты, напряжение на них до-
стигает	150 В. При
отпирании главных тиристоров
ТЗ. Т4 с помощью импульса, по-
ступившего из цепей управле-
ния, напряжение на них стано-
вится практически равным ну-
лю. В это же время начинается
колебательный перезаряд ком-
мутирующих конденсаторов
С27, С28 и напряжение на их
обкладках 1/с„ меняет знак на
противоположный. Из-за по-
терь в контуре перезаряда кон-
денсаторы перезаряжаются со
150 до примерно 125 В.
В течение времени / тири-
сторы ТЗ. Т4 открыты и прово-
дят ток в прямом направлении.
Тиристоры ТЗ. Т4 шунтируют
обмотки возбуждения 4. 2 и по-
этому напряжение на них пада-
ет до значения, определяемого падением напряжения на резисторах
в цепях диодов V'7, V8. Это значение составляет 3 В. По исте-
чении времени ti из цепей управления поступает импульс на управ-
ляющий переход тиристора Тб. При отпирании тиристора Тб созда-
ется цепь обратного перезаряда коммутирующих конденсаторов,
прямой ток из тиристоров ТЗ, Т4 вытесняется и к ним в обратном
направлении прикладывается напряжение коммутирующих кон-
денсаторов С27, С28. Так как обмотки возбуждения включены
параллельно тиристорам ТЗ. Т4, то к ним также прикладывается
напряжение коммутирующих конденсаторов в обратном направле-
нии. Однако из-за большой индуктивности этих обмоток ток в них
в отличие от тиристоров ТЗ, Т4 не прерывается, а продолжает про-
текать в том же направлении, т. е. в направлении, показанном стрел-
кой на рис. 40.
Ток /ш2, вытесненный из цепи тиристоров ТЗ, Т4. переводится
в цепь тиристора Тб и коммутирующих конденсаторов С27,
С28, которые перезаряжаются этим током до исходной поляр-
ности. Этот процесс длится в течение периода Л/ (см. рис. 41).
По окончании этого процесса в течение времени h тиристорный
регулятор не работает. Напряжение на тиристорах ТЗ. Т4. на
коммутирующих конденсаторах С27, С28 и на обмотках воз-
103
буждения 4, 2 составляет в этот отрезок времени 150 В. Среднее
за период значение тока в обмотках возбуждения определяет-
ся средним значением приложенного к ним напряжения. Так
как суммарное активное сопротивление двух обмоток воз-
буждения составляет 0,09 Ом, очевидно, что при токе возбуж-
дения 200 А среднее за период Т значение напряжения на об-
мотках возбуждения будет 18 В. Среднее напряжение на обмот-
ках возбуждения определяется коэффициентом заполнения к
тиристорного регулятора: Х=(/> + М)/Т.
В процессе работы тиристорного регулятора к изменяется
от единицы, когда тиристорный регулятор проводит ток при
непрерывно открытых тиристорах ТЗ, Т4, до минимального
значения kmm = \t/T. Для получения режима полного возбуж-
дения размыкается контакт КСБ2 и ток обмоток якорей ста-
новится равным току обмоток возбуждения. На этом процесс
регулирования (усиления) возбуждения тяговых машин закан-
чивается.
Применение перекрестной схемы торможения, которая обес-
печивает выравнивание токов обеих групп тяговых машин,
позволило использовать один датчик тока ДТ1 и одну общую
схему управления для двух тиристорных регуляторов тока воз-
буждения, установленных на вагоне.
Цепи управления. Они формируют и подают управляющие
импульсы на главные и вспомогательные тиристоры обоих ти-
ристорных регуляторов вагона одновременно и с одинаковым
коэффициентом к. Как видно из функциональной схемы (рис.
42), все основные элементы цепей управления получают питание
от блока питания БП. Последний состоит из стабилизатора
напряжения, генератора прямоугольных импульсов и усили-
теля. Напряжение на БП подается непосредственно от акку-
муляторной батареи (АБ) вагона. Здесь напряжение АБ(-)*75 В)
преобразуется в стабилизированное напряжение двух уровней:
12 и 24 В. Стабилизированное напряжение 12 В подается на
маломощный генератор прямоугольных импульсов, работающий
с постоянной частотой 1000 Гц.
Усилитель маломощных прямоугольных импульсов питается
стабилизированным напряжением 24 В. Выход усилителя под-
ключен к многообмоточному трансформатору, обмотки которого,
таким образом, питаются переменным напряжением прямо-
угольной формы с частотой 1000 Гц. К двум выходным
обмоткам многообмоточного трансформатора подключен вы-
прямитель, на выходе которого получается постоянное напря-
жение 33 В Это напряжение резисторным делителем делится
на несколько подуровней: 30. 27 и 24 В. Эти напряжения по-
даются на задающий генератор ЗГ, пороговое устройство ПУ,
усилитель У и триггер ТГ. Формирователи импульсов ФИ пи-
таются стабилизированным напряжением 12 и 24 В непосред-
ственно от стабилизатора напряжения. На обмотки датчика
км
Рис. 42. Функциональная схема системы управления тиристорными регуляторами
тока возбуждения
ДТ1 тока обмоток якорей и на вход задатчика уставок тока ЗУ
от одной из обмоток многообмоточного трансформатора подается
переменное напряжение НО В прямоугольной формы.
На сравнивающее устройство СУ, выполненное на тран-
зисторе, поступают напряжение датчика ДТ!, пропорциональ-
ное току обмотки якоря, и напряжение задатчика уставки ЗУ,
пропорциональное заданной уставке тока. Разность этих на-
пряжений через резистор R26 подается на вход транзистора
T9. Сюда же через резистор R28 поступает напряжение задаю-
щего генератора ЗГ, который представляет собой генератор
пилообразного напряжения, выполненный на транзисторе. Тран-
зистор T9 выполняет роль порогового устройства. Если сумма
напряжений, поступивших на его вход, положительна, то он
отпирается, если отрицательна, то си находится в запертом со-
стоянии.
Частоту работы всех элементов цепей управления опреде-
ляет задающий генератор ЗГ, который переключается с часто-
той 100 Гц. Поэтому частота работы силовых тиристоров также
составляет 100 Гц.
Как видно из рис. 43, в каждом периоде регулирования Т
сумма напряжений ujy. Шдп и «эг. поступающих на вход тран-
зистора T9 (см. рис. 42), является отрицательной в течение вре-
105
Рис. 43. Диаграммы напряжений в схе-
ме управления регулятором РТ-300
мени /( (см. рис. 43) и положи-
тельной в течение времени t2.
В течение времени t2 транзистор
T9 находится в открытом сос-
тоянии и на его коллекторе фор-
мируется прямоугольный им-
пульс напряжения. Этот им-
пульс усиливается усилителем
У и поступает на триггер ТГ.
Когда транзистор T9 открыт, то
на первом выходе триггера ТГ
так же, как и на выходе тран-
зистора T9, формируется пря-
моугольный импульс с ампли-
тудой 24 В. Этот импульс удер-
живает блокинг-генератор фор-
мирователя импульсов ФИ! в
запертом состоянии и поэтому
он не работает На втором вы-
ходе триггера ТГ в этот период напряжение равно нулю. Поэтому
блокинг-генератор формирователя импульсов ФИ'2 работает в ав-
токолебательном режиме и на его выходе формируются короткие
импульсы, имеющие длительность 70 мкс и частоту повторения
1600 Гц. В период времени 6 транзистор T9 заперт. В это время
триггер ТГ находится в таком состоянии, что на его первом вы-
ходе напряжение равно нулю, а на втором — 24 В. Поэтому
блокинг-генератор формирователя ФИ2 заторможен, а на выходе
формирователя ФИ! формируются импульсы, которые поступают
на управляющие электроды силовых тиристоров Т! — Т4 и отпира-
ют их. Силовые тиристоры TI — T4 запираются, когда в работу
вступает формирователь ФИ2 и импульсы, формируемые на его
выходе, отпирают вспомогательные тиристоры Т5, Тб.
Тягово-энергетические испытания. Испытания состава из трех
вагонов 81.714, 81.717 были проведены в 1977 г. сотрудниками
ВНИПТИ завода «Динамоэ с участием сотрудников ВНИИВ
и других организаций. Перед началом испытаний были отрегу-
лированы параметры срабатывания всех основных аппаратов
вагонов. Уставка РУТ была 340 А для порожнего вагона и
400 А для груженого вагона с максимальной массой груза
22 т. Время хронометрического хода вала РК с 1-й по 18-ю
позицию составляло 2,9 с. Уставка в режиме работы тиристор-
ных регуляторов при положениях рукоятки контроллера ма-
шиниста Т1А и Т2 для порожнего вагона составляла 260 А, а
для груженого — 360 А.
Испытания проводили на участке длиной 1700 м с эквива-
лентным уклоном (подъемом) 3 %о, а также на участке длиной
800 м с эквивалентным уклоном (подъемом) 13%». Движение
106
осуществлялось челночным способом. В процессе испытаний
измеряли токи обмоток якорей обеих групп тяговых машин,
токи возбуждения, напряжение контактной сети, скорость дви-
жения вагона, расход электрической энергии на тягу, пройден-
ный путь, время, температуру обмоток и коллекторов тяговых
машин.
Были проведены испытания двух видов: испытания нагре-
востойкости тягового электрооборудования и тормозные испы-
тания при максимальной загрузке вагонов; ходовые испытания
при средней массе груза 9 т на вагон При ходовых испытаниях
фиксировали времена разгона до разных скоростей, техниче-
скую и эксплуатационную скорости на перегоне, а также сред-
ние ускорения и замедления вагонов для сравнения с показа-
телями, регламентированными ГОСТ 25206—82.
Кривые движения (рис. 44) построены по результатам ис-
пытаний. Параметры режима разгона трсхвагонного состава
при средней массе груженого вагона 56 т следующие:
Скорость, км/ч	20 30 40	50	60	65	70	75	80 85 90 95
Время разгона, с	5,3 8,5 II	15	21	24	28	34	40 47,5 57,5 72
При цикле движения без выбега разгон до 95 км/ч продол-
жается 72 с, а торможение с этой скорости до остановки —
25,5 с. Общее время цикла 97,5 с, что с учетом стоянки 25 с по-
зволяет реализовать скорость сообщения 50 км/ч.
Испытания режима движения при скорости 49 км/ч и сто-
янке 25 с между циклами проводили для проверки темпера-
турных режимов электрооборудования. Однако режим устано-
вившейся температуры нс был достигнут по техническим при-
чинам. При скорости сообщения 49 км/ч удельный расход элек-
троэнергии на тягу составил 69 Вт-ч/(т-км), эффективный
ток обмоток якорей тяговых машин 234 А. Превышение тем-
пературы обмотки якоря было равно 140 °C, обмотки возбуж-
дения 85 °C, дополнительных полюсов 74 °C. Пусковые резисторы
имели превышение температуры 410 °C над температурой окру-
жающей среды, которая в тоннеле составляла 15 °C.
Необходимо отметить, что ступени резисторов, шунтирующих
обмотки возбуждения тяговых машин, составляли соответственно
0,2525, 0,1295, 0,091 и 0,07 Ом, что при температуре обмоток
120 °C позволяло получить ослабление возбуждения 68, 48, 35 и
28 %. Однако реальный нагрев обмоток возбуждения был таким,
что их температура была равной 89 °C. Поэтому максимальное
ослабление возбуждения составило в первой группе тяговых ма-
шин 31,3 %, а во второй — 30,6 %, что несколько больше номи-
нального значения, равного 28 %.
В процессе испытаний со скоростью сообщения 49 км/ч,
продолжавшихся 34 мин. режим движения был челночным: два пе-
регона трехвагонный состав двигался в одном направлении,
107
Рис 44. Кривые движения трехвагон-
ного состава из вагонов 81.714 и 81.717
на перегоне длиной 1700 м с уклоном
3%, (в режиме тяги: уставка РУТ—
400 А при регулировании напряжения
и 330 А в режиме ослабления возбуж-
дения; в режиме торможения: устав-
ка РУТ—375 А при работе реостат-
ного контроллера и 330 ?\ при работе
тиристорных регуляторов)
а затем два перегона в обратном. При этом время разгона
в зависимости от профиля пути составляло от 34 до 56 с,
время выбега — от 25 до 49 с, время торможения — от 17 до 19 с.
Время стоянки всегда было равным 25 с. Таким образом, на
каждом перегоне вагоны 100 с находились в движении и 25 с —
на стоянке.
Штриховой кривой на рис. 44 показан режим движения,
при котором имеется запас 10 с на нагон отклонений от плано-
вого графика. Этот режим с учетом максимальной скорости
95 км/ч можно считать паспортным режимом вагона и закла-
дывать в реальный график движения. Параметры режима:
разгон до 75 км/ч за 34 с, выбег 57 с до скорости 67 км/ч и тор-
можение 16,5 с до остановки. Общее время цикла 107,5 с, а с
учетом стоянки 132,5 с, что соответствует скорости сообщения
46,2 км/ч.
Штрихпунктирная кривая соответствует режиму испытаний
электрооборудования на нагревостойкость, при котором были
достигнуты установившиеся значения температуры. Как прави-
ло, установившиеся значения температуры отдельных элемен-
тов электрооборудования достигаются через 2,5—3,5 ч после
начала испытаний. В этих испытаниях средняя масса груза на
один вагон составляла 20,5 т, время стоянки между циклами
движения 20 с. Движение было челночным. При движении в
одном и другом направлениях скорости сообщения и время дви-
жения под током несколько различались, так как при езде в
одном направлении имел место уклон 3%о, а в другом — соот-
ветственно подъем 3%0.
Тяга, с	Выбег, с Торможение, с Стоянка, с
33—35	60—68	14—16	20
20— 27	68
Примечание. В числителе при прямой (условном) направлении, в знаменателе
при обратном.
108
Суммарное время цикла без времени стоянки составляло
I мин 50 с 1 мин 56 с, средняя техническая скорость 54, ско-
рость сообщения 46 км/ч. Среднее замедление при торможениях
со скоростей 60—65 км/ч было равно 1.24 м/с2, а эффективный
ток тяговых машин одной группы, рассчитанный по осцилло-
граммам, при движении в прямом направлении составил 226 А.
В результате обработки результатов испытаний были полу-
чены следующие данные, удельный расход электрической энер-
гии на тягу по показаниям счетчика составил 53 Вт-ч/(т-км),
по осциллограммам 49 Вт-ч/(т-км), эффективный ток обмоток
якорей тяговых машин (средний для обоих направлений дви-
жений) 185—200 А. Превышение температуры обмотки якоря
(измерено методом сопротивления) было равным 93 °C, обмотки
возбуждения 65 °C, обмотки дополнительных полюсов 55 °C,
пускотормозных резисторов (измерено термопарой) 220 °C,
коллектора (игольчатой термопарой) 70 °C. Измерения превы
шений температуры обмоток тяговых машин проводили непо-
средственно в ходе испытаний во время стоянки 20 с, превыше-
ние температуры коллектора определяли через 1 мин после
окончания испытаний (за I мин стоянки превышение темпера
туры коллектора из-за подогрева от более нагретых проводни-
ков обмотки якоря возрастает на 3—4 °C). С учетом того, что
при температуре окружающего воздуха 15 °C температура об-
моток возбуждения составляла около 80 °C, максимальное ос-
лабление возбуждения в первой группе тяговых машин было
равно 36.6 %, а во второй 36.5 %.
Из рис. 45 видно, что с учетом необходимого запаса 10 с на
нагон (кривая 2) может быть реализована скорость сообщения
46 км/ч при времени стоянки 25 с. Максимальная скорость сооб-
щения. которая может быть реализована при массе груза 9 т
с учетом ограничений по конструкционной скорости 90 км/ч,
равна 49,7 км/ч.
Для сравнения на рис. 45 показана кривая разгона нагона
81.710 (ЕжЗ). Как видно, при скоростях более 40 км/ч тяговый
привод вагонов 81.714, 81.717 работает более эффективно.
Характерным для кривой разгона вагонов 81.714. 81.717 яв-
ляется то, что время с момента появления тока в обмотках яко-
рей тяговых машин до момента достижения им уставки РУТ
(370 Л) составляет 1.75 с; скорость вагона при этом 1,47 м/с;
время достижения скорости 38 км/ч (регламентируемое ГОСТ
25206—82) 9,4 с; путь, пройденный при разгоне до скорости
38 км/ч. равен 47 м; среднее за время нарастания тока в обмотке
якоря изменение ускорения 0,52 м/с3, а среднее ускорение в зоне
поддержания уставки тока обмотки якоря 1,2 м/с2.
Вагоны 81.714, 81.717 испытывались в режиме работы на
перегоне длиной 800 м при скорости сообщения 32,7 км/ч и
средней массе груза 9 т Графики движения: в прямом направ-
лении на уклоне 13 %о разгон 18 с. выбег 24 с. торможение
109
Рис. 45. Кривые движения вагонов при
средней массе груза 9 т на пе-
регоне длиной 1700 м с уклоном
3%.:
/—вагон 81 710; 2—вагоны 81.71431 717
при скорости сообщения 46 км/ч и времени
стоянки 25 с; 3—вагоны 81.714. 81.717
при скорости 49.7 км/ч и времени стоянки
25 с
16 с, стоянка 25—30 с; в обратном направлении на подъеме
13 %<» — разгон 27 с, выбег 16 с, торможение 16 с, стоянка
25—30 с. Общий цикл при движении в одном направлении со-
ставлял 88 с.
В соответствии с показаниями счетчика расход электроэнер-
гии составил в среднем 88 Вт-ч/(т-км). Эффективный ток
обмоток якорей тяговых машин был 210 А, превышение темпе-
ратуры обмоток якорей 110 °C, обмоток возбуждения 83 °C,
дополнительных полюсов 70 °C. Превышение температуры кол-
лектора, измеренное через 2 мин после окончания испытаний,
составило 86 °C. Максимальное ослабление возбуждения тяговых
машин 35—36 %.
Для построения зависимости, приведенной на рис. 46,
использовали данные о тормозных путях, отсчитанных с момента
постановки рукоятки КМ в тормозное положение до полной оста-
новки вагонов. Различным скоростям торможения соответство-
вали различные тормозные токи и напряжения на якорях
тяговых машин. Данные, приведенные в табл. 13, соответ-
ствуют режиму торможения в зоне работы тиристорных регу-
ляторов.
На длину тормозных путей особенно при торможении с
высоких скоростей движения заметное влияние оказывает
время сбора силовых цепей, которое на вагонах 81.714, 81.717
составляет 0,3—0.4 с, а также время самовозбуждения тяговых
машин. При скоростях начала торможения от 90 до 60 км/ч
время самовозбуждения составляет 0,8—I с, при скоростях
60- 40 км/ч — от I до 2,5 с, а при скоростях менее 40 км/ч —
от 2,5 до 4,5 с. Время самовозбуждения тяговых машин отсчи-
тывают с момента установки рукоятки контроллера машиниста
в тормозное положение до достижения током обмоток якорей
80 % тока уставки, т. е. оно включает время сбора силовых це-
пейрежима торможения.
При скоростях 7 10 км/ч электрический тормоз истощает-
ся и на него накладывается пневматический тормоз, которым
осуществляется дотормаживание вагонов до полной остановки.
по
Тягово-энергетические ис-
пытания вагонов проводят в
ночное время на действующих
линиях, которые в это время
свободны от движения поез-
дов. Отсутствие других нагру-
зок на систему энергоснабже-
ния приводит к тому, что в про-
цессе испытаний в режимах тя-
ги среднее напряжение на токо-
приемниках вагонов составляет
около 825 В, что на 10 % превы-
шает номинальное напряжение
контактной сети. Поэтому тя-
гово-динамические и тягово-
энергетические показатели ва-
гонов получаются несколько за-
вышенными, так как на 10 %
повышена мощность тягового
привода вагонов. Однако в це-
Рис. 46. Зависимость длины тормоз-
ного пути от скорости о,, нагонов
81.714. 81 717 на площадке (масса гру-
за 20.5 т; /—2 — зона работы регуля-
торов возбуждения)
лом это не мешает судить о дей-
ствительных тягово-энергетиче-
ских показателях вагонов, так
как степень влияния повышенного напряжения на каждый из них
составляет единицы процентов. Существенным указанное обстоя-
тельство может быть при проведении сравнительных тягово-энер-
гетических испытаний вагонов, оборудованных различными систе-
мами регулирования тягового привода.
Модернизированный вариант схемы силовых цепей. На
отечественных вагонах 81.714, 81.717 с импульсными преоб-
разователями импульсное регулирование используется только
в режимах электрического торможения. Это вызвано тем, что
при попытках использовать его в режимах тяги возникли техни-
ческие трудности, обусловленные мешающим влиянием пульса-
ций тягового тока на работу устройств автоматического регу-
лирования скорости и автоматической локомотивной сигнализа-
ции (АРС-АЛС). Как известно, для передачи командных сиг-
налов в системе автоматического регулирования скорости АРС
используются рельсовые цепи. В эти цепи для передачи команд
о разрешенных режимах движения непрерывно поступают элек-
Таблица 13
Скорость тормо- жения. км/ч	Ток обмотки якоря. А	Напряжение на якоре тягсжоА машины, В	Тормолнам мош ность. кВт	Тормозной путь, и
90	445	952	420	270
80	425	867	370	216
70	370	750	280	171
111
трические импульсы с частотами 75, 125, 175, 225 и 275 Гц.
На командные сигналы накладываются пульсации тягового
тока, создаваемые тиристорными регуляторами, работающими
с частотой 100 Гц. Принять для тиристорных регуляторов
в качестве рабочей частоты частоту, выходящую за пределы
диапазона 75—275 Гц, не удается, так как при низких рабочих час-
тотах (менее 75 Гц) пульсации тока в обмотках якорей стано-
вятся стать значительными, что они способны нарушить ком-
мутацию тяговых машин. При высоких частотах (более 275 Гц)
из-за возникновения в процессе регулирования режимов деле-
ния частоты появляются кратные частоты, которые также ока
зывают мешающее влияние на работу устройств АРС-АЛС.
Проведенные исследования показали, что можно устранить
мешающее влияние пульсаций тягового тока, если применить
ступенчато-импульсное регулирование токов возбуждения и усо-
вершенствовать при этом электрическую схему силовых цепей
вагонов 81.714 и 81.717. В результате была создана и испытана
на вагоне в реальных условиях эксплуатации система с им-
пульсным регулированием токов возбуждения тяговых машин
в режиме тяги |32|.
На рис. 47,а для примера представлена схема силовых
цепей вагона № 9068. В процессе регулирования контакты РК
разомкнуты и в цепь якорей каждой группы тяговых машин вве-
ден резистор га = 0,13 Ом. Это необходимо для обеспечения тре-
буемой устойчивости процесса регулирования и устранения воз-
можности возникновения режимов деления частоты. В цепь
тиристорных регуляторов TPI и ТР2 и шунтирующих их резис-
торов введены индуктивные шунты ИШ1-3 и ИШ2-4, кото-
рые эффективно сглаживают пульсации тока в процессе им
Рис 47. Принципиальная схема силовых цепей вагона 81 717 в режиме тяги при
ступеичато-нмпульсном регулировании токов возбуждения (а) и лависимостн
00.) (б)
112
Рис. 4в. Осциллограммы локон обмоток якоря и возбуждения тяговых машин при
ступенчато-импульсном регулнропапни о режиме тяги
пульсного регулирования и предохраняют тяговые машины от
бросков тока при скачках напряжения в контактной сети после
окончания процесса импульсного регулирования.
Регулировочная характеристика режима тиристорного ослаб-
ления возбуждения поясняется рис. 47,6 (нижняя кривая).
Первая ступень ослабления возбуждения fit = 0.85 (рис 48)
обеспечивается замыканием контакторов К.СЫ, КСБ2 (см. рис.
47,а). Тиристорные регуляторы в это время не работают (Х=0).
Затем по мере уменьшения тока обмоток якорей до тока уста-
вки в работу вступают тиристорные регуляторы TPI, ТР2.
Они сразу начинают работать с Л=0,65. Этим обеспечивается
вторая ступень ослабления возбуждения 02=0,7. Тиристорные
регуляторы работают с частотой 100 Гц и со сдвигом фаз на
180°. Поэтому пульсации тока сети имеют частоту 200 Гц. Ампли-
туда пульсаций токов якорей составляет 20—25 А, их частота
100 Гц. При необходимости дальнейшего уменьшения пульсаций
токов обмоток якорей частота работы тиристорных регуляторов
может быть повышена до 200 и 400 Гц. Соответствующие опыты
были проведены на вагоне 81.717 и дали положительные резуль-
таты.
При переходе с первой ступени ослабления возбуждения
01=0,85 на вторую 02=О,7 токи обмоток якорей тяговых машин
возрастают на 40 А. С ростом скорости движения вагона токи
обмоток якорей вновь уменьшаются до тока уставки. Тогда
срабатывает пороговое устройство и коэффициент заполнения
импульсов, поступающих на силовые тиристоры из цепей уп-
равления, скачкообразно изменяется с Х=0,65 до >. = 0,/5.
В соответствии с этим скачкообразно изменяется коэффициент
ослабления возбуждения с 02 = 0,7 до 03=О,62. Аналогичные
процессы происходят при переходе с 3-й ступени ослабления
возбуждения на 4-ю, с 4-й на 5-ю. с 5-й на б-ю и с 6-й на 7-ю.
На 7-й ступени ослабления возбуждения 07=0,32. а Х=0,95.
Это предельное значение коэффициента заполнения, при котором
возможна устойчивая работа тиристорного регулятора с
параллельной конденсаторной коммутацией, подключенного па-
раллельно обмоткам возбуждения.
113
Если бы регулирование осуществлялось без добавочного
резистора гд=0.13 Ом, то оно происходило в соответствии с ре-
гулировочной характеристикой г*=0 (верхняя кривая на
рис. 47,6). Очевидно, что в этом случае 5, 6 и 7-я ступени ослаб-
ления возбуждения реализовывались бы при Х>0.95, т. е. в зоне
неустойчивой работы тиристорных регуляторов. В этом случае
возможны срывы режима регулирования, а также самопроиз-
вольное деление частоты переключения тиристорных регулято-
ров TPI. ТР2.
Весь процесс регулирования токов возбуждения тяговых
машин заканчивается скачкообразным переходом через зону
неустойчивой работы тиристорных регуляторов. По сигналу из
цепей управления к скачком изменяется с 0,95 до 1. Одновре-
менно с этим контактами РК закорачиваются выполнившие
свою роль резисторы гл. Таким образом, реализуется послед-
няя 8-я ступень ослабления возбуждения р«=0,28.
Рассмотренный способ регулирования практически полностью
аналогичен применяемому реостатно-контакторному способу
ослабления возбуждения. Принципиальное отличие состоит в
большем числе ступеней, что сокращает броски тока при пере-
ходе с одной ступени ослабления возбуждения на другую. Кро-
ме того, бесконтактное тиристорное регулирование существенно
повышает точность регулирования промежуточных ступеней ос-
лабления возбуждения и надежность всего процесса регулиро-
вания в целом. При описанном способе регулирования устра-
няется мешающее влияние пульсаций тягового тока на работу
устройств сигнализации и связи метрополитена. Эго объяс-
няется тем, что тиристорные регуляторы работают со строго
фиксированными коэффициентами заполнения, обратная связь
по току практически разорвана и восстанавливается только
в отдельные моменты времени при переходе с одной ступени
ослабления возбуждения на другую, а также тем, что в схеме
имеет место изменение коэффициента заполнения тиристорных
регуляторов только в сторону увеличения.
Положительные результаты исследований, а также опыт эк-
сплуатации вагона № 9068 модели 81.717, оборудованного рас-
смотренной тиристорной системой, который уже более четырех
лет эксплуатируется на Кольцевой линии Московского метро-
политена, позволяют поставить вопрос о ее серийном внедрении
При внедрении рассмотренной системы упростятся силовая и
монтажная схемы вагона, сократятся трудоемкость монтажа
и длина силовых проводов, повысится надежность работы элек-
трооборудования, так как на 9 % сократится число силовых
контакторов в схеме вагона, обеспечится однородность схемы
в режимах тяги и торможения. Кроме того, сократится расход
электроэнергии на тягу, так как сокращение бросков тока при
переходе с одной ступени ослабления возбуждения на другую
позволит увеличить уставку тока в режиме регулирования
114
возбуждения на 10 %. Окончательное решение о внедрении
рассмотренной системы регулирования будет принято по ре
зультатам испытаний трехвагонного состава, которые начались
в конце 1984 г.
13.	Вагоны с независимым питанием обмоток
возбуждения тяговых машин
Принципиальная схема силовых цепей. Схема силовых цепей
вагона с независимым питанием обмоток возбуждения тяговых
машин поясняется рис. 49. Главным отличием рассматривае-
мой схемы от схем, используемых на серийных вагонах, являет-
ся то, что обмотки якорей и возбуждения тяговых машин
электрически не связаны, причем обмотки возбуждения полу-
чают питание от независимого источника питания — статиче-
ского преобразователя. Этот преобразователь выполнен по схе-
ме инвертора напряжения, ко вторичным обмоткам трансфор-
матора которого через управляемые выпрямители подключены
обмотки возбуждения тяговых машин ОШ—ОВ4. объединенные
в две группы — по две обмотки, соединенные последовательно,
в каждой.
Рис 49. Принципиальная электрическая схема силовых цепей вагона с независимым
питанием обмоток возбуждения тяговых машин
115
Вход статического преобразователя подключен к контактной
сети через главный разъединитель ГН и контакт КЗ, а также
через диод VD2 к положительному выводу аккумуляторной ба-
тареи (4Б) и через контакты К1 и КЗ и диод VDI к обмоткам
якорей тяговых машин. Такое включение статического преоб-
разователя обеспечивает его бесперебойное питание независи-
мо от наличия напряжения в контактной сети, что, в свою оче-
редь, обеспечивает надежную работу силовых цепей вагона в
процессе торможения. В аварийных ситуациях, при исчезно-
вении напряжения в контактной сети или при торможении
вагона на участке непсрекрываемого токораздела, обмотки
возбуждения тяговых машин через статический преобразователь
получают питание в начальный период торможения от акку-
муляторной батареи АБ, а затем после возбуждения тяговых
машин от их якорных обмоток. В нормальных режимах обмотки
возбуждения получают питание от контактной сети. Статическим
преобразователем 4 постоянное напряжение контактной сети
преобразуется в переменное напряжение с частотой f=200 Гц,
которое через трансформатор Тр1 подводится к управляемым
выпрямителям 1, 2.
Регулирование тока возбуждения и переключение обмоток
возбуждения ОВ1. ОВЗ для изменения направления тока осу-
ществляются с помощью тиристоров VS1—VS4, образующих
реверсивный управляемый выпрямитель 2, а обмоток возбужде-
ния ОВ2, ОВ4— с помощью тиристоров VSI0—VSI3 ревер-
сивного управляемого выпрямителя /. От управляемого выпря-
мителя 3 осуществляется подзаряд аккумуляторной батареи.
Каждый из указанных выпрямителей подключен к соответ-
ствующей вторичной обмотке трансформатора Тр1 и включен
по схеме с нулевым выводом Управление выпрямителями
/ и 2 осуществляется от системы автоматического регулирования
сил тяги и торможения
В качестве обратных связей в этой системе используются
сигналы с датчиков в цепях обмоток якорей и возбуждения
тяговых машин и датчиков тока и напряжения в контактной
сети. Сигналы с датчиков токов в цепи обмоток якорей тяговых
машин при превышении токами допустимого уровня исполь-
зуются в качестве сигнала для разбора силовых цепей Кроме
того, предусмотрены датчики возникновения кругового огня
и дифференциальной защиты. При появлении сигналов с этих
датчиков подается команда на разбор силовых цепей и фор-
сированное уменьшение токов возбуждения.
В тяговом режиме работа силовых цепей вагона осуществляет-
ся следующим образом. При переводе рукоятки КМ из нуле-
вого в положение «Ход 1> замыкаются кулачки SPflI —8РП4
тормозного переключателя и контакты К2, К12. К7 и К9. Об-
мотки якорей Ml М4 тяговых машин соединяются последова-
тельно и подключаются к контактной сети через замкнутые кон-
це
такты РК10 и РК20 реостатного контроллера, лнаходящегося
на 1-й позиции, по цепи: контактная сеть — главный предо-
хранитель Fl, FB—K2—KI2—Ml—M3—R4 — SPni VD7-
PK10—R3-К9 —R5-РК20- V D11 - SPH3—K7—M2—M4—
Р2—ЗУМ
Для обеспечения плавности при трогании вагона ток в цепи
обмоток возбуждения нарастает с требуемым темпом, что обес-
печивается путем изменения угла фазового регулирования а
управляемых выпрямителей с помощью системы автоматиче-
ского регулирования После установки рукоятки КМ в положе-
ние «Ход 2» начинается процесс резисторного регулирования
тока в цепи обмоток якорей тяговых машин. Сопротивление
резисторов R2—R5 регулируется с помощью реостатного конт-
роллера. при вращении вала которого замыкаются его силовые
контакты PKI—РК20. Замыкание контактов РК осуществляется
под контролем реле ускорения и торможения (РУТ). В случае
если ток в цепях обмоток якорей и возбуждения меньше уста-
новленного, вращение вала РК осуществляется хронометрически.
На 18 й позиции вала РК, при которой резисторы R2 — R5
зашунтированы, регулирование тока в цепи обмоток якорей
тяговых машин при их последовательном соединении закан-
чивается. Если рукоятка КМ установлена в положение «Ход
3», то при достижении реостатным контроллером 18-й пози-
ции замыкаются контакты КН и К5 и размыкается контакт
К9. Тем самым осуществляется переключение обмоток якорей
тяговых машин с последовательного соединения на последо-
вательно-параллельное и введение в цепь группы якорей тя-
говых машин Ml, М3 резистора R3, а группы якорей машин
М2. М4 резистора R5. Питание указанных групп осуще-
ствляется по цепям: контактная сеть FI — K2—K12—MI
МЗ-РК1 -SPHI — VD7-PK4-R3 — SP П2— К5—ЗУ М	и
контактная сеть FI — К2 — KI I — SPH4—R5— РК 14 — VDII —
SPI13—К7—М2—М4—PKI3—ЗУМ. Реостатный контроллер вра-
щается в обратном направлении, осуществляя под контролем сис-
темы автоматического регулирования сил тяги уменьшение сопро-
тивления резисторов R3 и R5.
Резисторное регулирование тока в цепи якорей тяговых ма-
шин продолжается при вращении вала РК до 5-й позиции,
на которой резисторы R3 и R5 полностью шунтируются. После
этого поддержание тока в цепи якорей тяговых машин на за-
данном уровне осуществляется путем ослабления возбуждения
с помощью изменения угла а управляемых выпрямителей. Диоды
VD7—VD12 используются в схеме для обеспечения бестоко-
вого переключения силовых контактов РК и разделения це-
пей тягового и тормозного режимов.
При переводе рукоятки КМ в одно из тормозных положений
размыкаются силовые контакты SPFH—SPH4 и замыкаются
силовые контакты SPT1 — SPT4 двухпозиционного переклю-
117
чателя, а также контакты KI, КЗ—К7 и К9—К12; контакты
К2 и К8 разомкнуты. Образуются два тормозных контура:
MI—K12—KH—SPT3 — R3—K9—R5-PK20 — VDI2-VD10-
SPT1-R4-M3 и М2—К7— SPT2—V D7—PKI0—R3 — К9 —
R5 — SPT4 — К5 — R2 — М4. Группы обмоток якорей машин
Ml, М3 и М2, М4 соединены последовательно с резисторами
R4 и R2 и подключены к последовательно соединенным резис-
торам R3 и R5. В том случае, когда напряжение (Лн на груп-
пах тяговых машин превышает напряжение U в контактной
сети	начинает проводить ток диод VDI и подается
команда на отключение контактора К9. После этого собираются
цепи режима рекуперативно-реостатного торможения при па-
раллельном соединении групп якорных обмоток тяговых машин
Ml, М3 и М2. М4 и наличии в их цепи балластных резисторов
R4 и R2.
Балластные резисторы необходимы для согласования на-
пряжений на тяговых машинах (на двух якорях в процессе
торможения напряжение достигает 1500 В) и напряжения в
контактной сети ((7 <975 В). Образуются два тормозных кон-
тура: Ml—KI2—VDI — KI — ГВ—Fl— контактная сеть —
ЗУМ—К5—ЗРТ4 — РК20 — VDI2-VDI0 — SPT1 - R4-M3 и
M2-K7-SPT2-VD7-PKIO—SPT3—KII—VDl-Kl—rB—
Fl—контактная сеть — ЗУМ—R2—М4 В контактную сеть посту-
пает ток рекуперации, равный сумме токов в цепях групп об-
моток якорей тяговых машин.
По мере снижения скорости движения вагона в процессе
рекуперативно-реостатного торможения эффективность тормо-
жения обеспечивается под контролем РУТ путем уменьшения
сопротивления балластных резисторов R2 и R4 и регулирования
тока возбуждения. При переходе вала РК на 5-ю позицию ре-
зисторы R2 и R4 выводятся из схемы, после чего замыкается
контакт К9 и размыкаются контакты КН и КЗ. Якорные об-
мотки тяговых машин переключаются на последовательное
соединение и в их цепь вводятся последовательно включен-
ные резисторы R3 и R5. при этом образуется цепь: Ml—К!2 —
VDI — K1 — FB — F1 — контактная сеть ЗУМ—РК13—М4—
M2-K7-SPT2-VD9-VD8-PKI0-R3-K9-R5-PK20-
VD12-VDI0-SPT1 - РК1 - М3.
Сопротивления резисторов R3 и R5 регулируются реостат-
ным контроллером, ток рекуперации поддерживается на заданном
уровне и равен току в цепи обмоток якорей тяговых машин.
При переходе вала РК на 18-ю позицию резисторы R3 и R5
шунтируются. После достижения током возбуждения задан-
ного значения включаются контакты К5. К 8 и КН и собираются
цепи резисторного торможения тяговых машин, так как напря-
жение U«в становится меньше напряжения U в контактной
сети. Образуются следующие контуры для замыкания тормоз-
ных токов: М1—К12—К H—SPT3 —R3 — РК4 —К8—VDH—
118
SPTI — РК1 — М3 и M2—K7 — SPT2 — VD7 — K8 — PK14 — R5—
SPT4 — К5 — РК13 — М4. Группа обмоток якорей тяговых машин
Ml, М3 подключена к резистору R3. а М2, М4 — к резистору
R5. Сопротивление этих резисторов регулируется под контро-
лем РУТ реостатным контроллером при вращении его вала в
обратном направлении. На 5-й позиции РК резисторы R3 и
R5 шунтируются. На этом регулирование тормозной силы за-
канчивается. После остановки вагона во избежание перегрузки
статического преобразователя цепи питания обмоток возбуж-
дения тяговых машин отключаются.
В случаях, когда в процессе торможения потребление ре-
куперируемой энергии снижается или совсем прекращается,
поступает команда на включение тиристоров VS9, VSI4 и VSI5
и контакторов К5, КН и К9. При этом тяговые машины пере-
водятся в режим реостатного торможения. Тиристоры KS9,
VS14 и VSI5 используются для обеспечения форсированного
перехода из режима рекуперативно-реостатного торможения в
режим реостатного торможения, что невозможно обеспечить
при использовании только контакторов К5. К9 и КН. Указан-
ные контакторы шунтируют тиристоры VS9, VSI4 и VSI5, ко-
торые при этом восстанавливают свои запирающие свойства,
что при появлении потребителя рекуперируемой энергии делает
возможным через 0,1 с вновь перейти к режиму рекуператив-
но-реостатного торможения. В случае такого перехода при от-
ключении контакторов К4, К9 и КН самопроизвольного пере-
ключения тиристоров не произойдет.
При низких скоростях начала торможения, когда
собираются цепи для реализации только реостатного торможения.
Замыкаются контакты KI. КЗ—К7 и К9—КН; контакты К2 и
КВ разомкнуты. Обмотки якорей включаются последовательно-
параллельно. При вращении вала РК, начиная с 1-й позиции,
первоначально выводятся ступени резисторов R2 и R4, включен-
ные последовательно соответственно с обмотками якорей М2,
М4 и Ml, М3 тяговых машин, а затем ступени резисторов R3
и R5, которые обтекаются током двух групп якорных обмоток
тяговых машин. Резисторы R3 и R5 шунтируются при повороте
вала РК на 18-ю позицию. Затем включается контакт К8 и
образуются два самостоятельных тормозных контура: последо-
вательно соединенные Ml—R3—M3 и М2—R5—M4. При враще-
нии вала РК в противоположном направлении на 5-й позиции
шунтируются резисторы R3 и R5.
При независимом питании обмоток возбуждения эффектив-
ное торможение удается обеспечить практически до полной ос-
тановки вагона. В то же время на вагонах с реостатно-контак-
торным управлением, где обмотки возбуждения тяговых машин
соединены последовательно с обмотками якорей, эффективное
торможение реализуется до скорости примерно 7 км/ч. При
независимом питании обмоток возбуждения ток в их цепи ре-
119
гулируется таким образом, чтобы уменьшить броски тока в
цепи обмоток якорей тяговых машин при выводе ступеней тор-
мозного резистора. Кроме того, при работе на позиции РК,
на которой тормозные резисторы зашунтированы, ток возбуж-
дения поддерживается на заданном уровне независимо от умень-
шения тока в цепи обмоток якорей тяговых машин. Указанное
позволяет эффективно использовать режим электрического
торможения практически до полной остановки вагона, что
снижает износ тормозных колодок. Кроме того, улучшаются
условия комфорта перевозки пассажиров, так как практиче-
ски исключаются толчки тормозной силы в конце торможения
при вступлении в действие пневматического тормоза, вызываю
щие неприятные ощущения у пассажиров.
В процессе торможения можно обеспечить вращение вала
РК под контролем машиниста. Для изменения направления
движения вагона вместо одной пары тиристоров, например
VSI и VS3 в управляемом выпрямителе 2, используется другая
пара тиристоров (VS2 и VS4).
Система автоматического регулирования сил тяги и тормо-
жения. Регулирование сил тяги и торможения в рассматри-
ваемой системе осуществляется автоматически с учетом огра-
ничений, определяемых параметрами тягового привода и усло-
виями комфорта перевозки пассажиров. Для этого используют-
ся реостатный контроллер, работающий под контролем реле
ускорения и торможения, и управляемые выпрямители с устрой-
ством автоматического управления.
Устройство автоматического управления выпрямителями по-
строено по принципу многоконтурной системы подчиненного
регулирования.
Осциллограммы, приведенные на рис. 50, сняты на макет-
ном вагоне Енв, оборудованном системой независимого питания
обмоток возбуждения тяговых машин ДК-108. На первом этапе
движения вагона токи в цепях обмоток якорей и возбуждения
тяговых машин одновременно увеличиваются (участок / осцил-
Рис. 50. Осциллограммы токов и напряжений в цепях обмоток якорей и воэбуж
дения тяговых машин и контактной сети при работе вагона в режиме тяги
1с‘10 А\
120
лограммы) вследствие хронометрического вращения вала РК
и уменьшения угла регулирования а управляемых выпрями-
телей с темпом, определяемым параметрами корректирующих
цепей устройства управления выпрямителями Изменение силы
тяги происходит таким образом, что приращение ускорения
вагона поддерживается на заданном уровне, обеспечивающем
требуемую плавность при трогании и разгоне вагона. На этом
этапе пуска можно реализовать плавное увеличение ускорения
вагона и при другом алгоритме управления. А именно, началь-
ную силу тяги можно создать при токе в цепи якорных обмоток,
равном току уставки, и минимальных значениях токов в цепях
обмоток возбуждения. Увеличение ускорения вагона обеспечи-
вается путем изменения токов возбуждения до максимального
значения при поддержании тока в цепн обмоток якорей тяго-
вых машин на уровне уставки. Такой алгоритм управления
позволяет сократить число ступеней пусковых резисторов.
На участках II и III осциллограммы записаны процессы
резисторного регулирования токов в цепях обмоток якорей тя-
говых машин при максимальных значениях токов возбуждения,
последовательном и последовательно-параллельном соединениях
тяговых машин. На этом этапе пуска вагона выключение сту-
пеней пусковых резисторов сопровождается скачками тока в
цепях обмоток якорей и возбуждения тяговых машин. Нали-
чие бросков тока возбуждения объясняется действием устрой-
ства автоматического управления выпрямителями, которое реа-
гирует на изменение токов в цепях обмоток якорей и стремится
смягчить броски тока в этих цепях. В результате качество
регулирования сил тяги на рассматриваемом этапе пуска сход-
но с качеством регулирования в системе тягового привода
вагона с последовательным возбуждением тяговых машин.
Участок IV осциллограммы отражает процесс поддержания
токов в цепях обмоток якорей тяговых машин при их последова-
тельно-параллельном соединении на уровне уставки благодаря
плавному уменьшению токов возбуждения при увеличении угла
а регулирования выпрямителей. На последнем этапе разгона
(участок V) токи в цепях обмоток якорей по мерс увеличения
скорости движения вагона уменьшаются, так как устройство
автоматического управления выпрямителями поддерживает задан-
ное значение максимального напряжения между смежными кол-
лекторными пластинами тяговых машин.
Использование независимого питания обмоток возбужде-
ния в рассматриваемой системе автоматического регулиро-
вания сил тяги и торможения позволило по сравнению с сис-
темой автоматического регулирования, применяемой на вагонах
с реостатно-контакторным управлением и тяговыми машинами
последовательного возбуждения, практически полностью лик-
видировать разброс токов в цепях обмоток якорей и возбуж-
дения тяговых машин (см участки IV и V осциллограммы),
121
обеспечить регулирование сил тяги по допустимому макси-
мальному напряжению между смежными коллекторными пласти-
нами в соответствии с фактическим значением напряжения в
контактной сети. Последнее позволило в зонах, соответствую-
щих участкам IV и V, реализовать большие значения силы
тяги по сравнению с вагонами с реостатно-контакторным
управлением и тяговыми машинами последовательного воз-
буждения.
На рис. 51 в качестве примера показаны расчетные кривые
F(v) вагона Е с серийным электрооборудованием и модернизи-
рованного вагона с использованием системы независимого пи-
тания обмоток возбуждения тяговых машин. Для вагона Е кри-
вая F(v) построена при pmln = 0,42, что практически реализует-
ся при его эксплуатации. Для вагона Енв кривая F(u) соответ-
ствует pmiB = 0,35, который определяется исходя из допустимого
значения напряжения между смежными коллекторными пластина-
ми.
Отключение тяговых машин в рассматриваемой системе осу-
ществляется без разрыва цепей токов контактами силовых кон-
такторов Это обеспечивается тем, что перед моментом отключе-
ния тяговых машин увеличивают токи возбуждения. Последнее
приводит к уменьшению токов в цепях обмоток якорей тяговых
машин до значений, близких к нулю. После этого силовая цепь
разрывается размыканием контактов KI2, К7 и К2 (см. рис. 49).
Затем регулируя угол а. уменьшают ток возбуждения до нуля
и отключают статический преобразователь.
Регулирование тормозных сил в процессе рекуперативно-
реостатного торможения осуществляется следующим образом
(рис. 52). В начале режима торможения напряжение на тяговых
машинах достигает значения.
Рис. 51. Диаграммы изменения сил тя-
ги в процессе разгона вагонов Е и Енв
превышающего напряжение в
контактной сети. При этом осу-
ществляется рекуперативно-ре-
остатное торможение при по-
следовательно-параллельном
соединении тяговых машин со
ступенчатым уменьшением со-
противления балластных ре-
зисторов (см. участок / осцил-
лограммы). На этом участке то-
ки в цепи обмоток якорей под-
держиваются на уровне уставки
путем плавного увеличения то-
ков возбуждения. При дости-
жении токами возбуждения
максимальных значений шунти-
руется очередная ступень бал-
ластного резистора и одновре-
122
менно осуществляется интенсивное снижение токов возбуждения
путем увеличения угла регулирования выпрямителей и перевода
их в инверторный режим. При этом происходит изменение знака
напряжения, прикладываемого к обмоткам возбуждения.
Использование быстродействующей системы регулирования
токов возбуждения позволило исключить броски тока в цепях
обмоток якорей тяговых машин при шунтировании ступеней
балластных резисторов. Ток рекуперации равен сумме токов
в группах обмоток якорей тяговых машин На осциллограмме
зафиксирован процесс проезда участка неперекрываемого токо-
раздела. Об этом свидетельствует уменьшение тока рекупе-
рации на участке / осциллограммы с 500 А до нуля и увели-
чение напряжения в контактной сети с 768 до 870 В. Как видно,
при переходе на замещающее реостатное торможение токи
в цепях обмоток якорей изменились незначительно. В момент
отрыва токоприемника от контактной сети происходит автома-
тический переход к реостатному торможению. При этом сопро-
тивление тормозных контуров увеличивается из-за введения
в схему резисторов R3 и R5.
Для поддержания токов в цепях обмоток якорей тяговых
машин на заданном уровне устройство автоматического уп-
равления выпрямителями обеспечивает интенсивное увеличение
токов возбуждения. В момент восстановления контакта между
токоприемником и контактной сетью и размыкания контактов
KI 1 и К5 напряжение на тяговых машинах превышает напряже-
ние в контактной сети, что приводит к нарастанию тока реку-
перации и увеличению токов в цепях обмоток якорей тяговых
машин. Устройство автоматического управления выпрямителями
стремится уменьшить токи возбуждения, получая сигналы по
каналу главной обратной связи, контролирующей заданное зна-
чение токов обмоток якорей, и по цепям стабилизирующих
гибких обратных связей.
123
При полностью выведенных балластных резисторах происхо-
дит переключение тяговых машин с последовательно-параллель-
ного на последовательное соединение (участок // осциллограм-
мы), которое сопровождается кратковременным броском тока
в цепях обмоток якорей тяговых машин и уменьшением вдвое
тока рекуперации. В этой зоне регулирования при шунтиро-
вании ступеней тормозных резисторов ток в цепях обмоток яко-
рей изменяется также незначительно из-за интенсивного сниже-
ния токов возбуждения. В рассматриваемой зоне регулиро-
вания зафиксирован случайный толчок напряжения в контакт-
ной сети, составляющий 90 100 В. Однако это не привело к за-
метному изменению тока в цепях обмоток якорей тяговых ма-
шин, несмотря на то, что в этот момент времени сопротивление
тормозных резисторов было незначительным.
В конце торможения произошло переключение силовых це-
пей и образовались контуры для осуществления реостатного
торможения (см. участок /// осциллограммы). Выключение
очередной ступени тормозного резистора осуществляется при до-
стижении током возбуждения максимального значения.
Тягово-энергетические и массо-габаритные показатели ваго-
на Енв В основу расчета кривых движения положены следую-
щие данные: длина перегона 1670 м, профиль пути — площад-
ка, напряжение контактной сети в режиме тяги 750 В, в режиме
торможения 1000 В, масса груза 9 т, скорость сообщения 43 км/ч,
тяговые диаграммы соответствуют представленным на рис. 51,
расчетная тормозная характеристика серийного вагрна Еж.
Применение независимого питания обмоток возбуждения, как
показывают расчеты, позволит за счет более глубокого ослабления
возбуждения тяговых двигателей улучшить динамику вагона Еж
и сократить время разгона до скоростей 60— 65 км/ч на 28—
32 %. В то же время благодаря использованию рекуператив-
ного торможения сократится расход электроэнергии на тягу.
Результаты расчета составляющих энергии, израсходованной
на тягу, для вагонов Еж и Енв представлены в табл. 14. К.п.д.
рекуперации в рассматриваемой системе при скорости движе-
ния 43 км/ч составляет 0,65. Это обусловлено тем, что для сохра-
нения эффективности торможения на том же уровне, что и при
реостатном торможении, обеспечить только рекуперативное тор-
можение не представляется возможным. Эксплуатация опыт-
ного вагона Енв и расчеты показывают, что при R2 = R4=\ Ом
тормозные силы при рекуперативно-реостатном торможении и
напряжениях в контактной сети 800—1000 В изменяются в
пределах 5—10 % и незначительно отличаются от тормозных
сил серийного вагона. При увеличении скорости сообщения
следует ожидать увеличения к.п.д. рекуперации, так как зона
работы тяговых машин при их последовательно-параллельном
соединении расширится.
124
Таблица 14
Энергетические показатели. Вт-ч/(т-км)	Значение показате лей для вагона	
	Еж	Енв
Расход анергии на тягу	42,8	42.5
Потерн в пусковых резисторах	2.4	2.3
Потери в тяговых машинах	9.4	8.6
Энергия, затраченная на преодоление сопротивления движе-		
НИЮ	14.7	15.8
Потери в редукторах	1.4	1.4
Потери н тормозных резисторах	14,9	5.0
Энергия рекуперации	——	9.4
К. п. д. системы рекуперации	—	0.65
Применение на серийном вагоне Еж системы независимого
питания обмоток возбуждения в условиях депо показало,
что переоборудование вагонов может быть осуществлено при
незначительном изменении массо-габаритных показателей вагона.
В табл. 15 представлены массо-стоимостные показатели сни-
маемого и дополнительного электрооборудования при модер-
низации вагона модели 81.717. Функции блока питания собствен-
ных нужд и тиристорного регулятора на модернизированном
вагоне выполняет статический преобразователь, а группового
переключателя — реверсор.
В инверторе статического преобразователя каждый из уп-
равляемых вентилей VS7 и VS8 (см. рис. 49) представляет
собой два соединенных последовательно тиристора ТБ400 10-го
класса. В качестве вентилей VD2—VD6 используются диоды
В200 20-го класса. Балластный резистор RI применен для
защиты тиристоров инвертора в аварийных режимах. Сопро-
Таблица 15
Оборудование	Количество	Масса, кг	Стоимость, руб.
Снимаемое с вагона Блок питания собственных нужд вагона БПСН-542	1	320	2445
Тиристорный регулятор РТ-ЗОО/ЭОО А	1	132	1640
I рупповой переключатель положений ПК Г 76112	1	238	675
Я шик резисторов КФ-50 А 5	1	36	38
Индуктивный шунт ИШ I5A	1	135	155
Контакты ослабления возбуждения КПП-113	3	24	75
Панель с реле	1	20	50
Дополнительно устана	чливаемое на	вагон	
Статический преобразователь	1	600	4000
Устройство управления	1	20	300
Блок диодов и тиристоров	1	150	600
Контакторы	2	50	160
125
Таблица 16
Наименование элементов	Количество	Эбкцая масса элементов, кг
Тиристоры VS7, VS8 инвертора	4	21.2
Тиристоры управляемых выпрямителей: VSI-VS4 н VSI0—VSI3	8	33,5
VSS - VS6	2	2,4
Диоды инвертора VD2—VD6	5	8
Трансформатор силовой Тр1	1	140
Фильтровой конденсатор Ct. С2	1	50
Реактор фильтра 1.1	1	30
Коммутирующие конденсаторы СЗ, С4	2	30
Коммутирующие реакторы L4. L5	1	70
Быстродействующий конденсатор КЗ	1	10
Контакторы К4. Кб н К10	3	24
Монтажно-крепежные изделия	—	181
Итого
6<KJ
тивление его выбирают 0,3 Ом исходя из перегрузочной спо-
собности тиристоров ТБ400.
В качестве фильтра конденсатора Cl. С2 используют кон-
денсаторы МБГВ 200X1000 суммарной емкостью 2000 мкФ.
Коммутирующий конденсатор СЗ (С4) емкостью 22 мкФ вы-
полнен на конденсаторах МБГЧ 2X1000. Коммутирующие реак-
торы L4 и L5 имеют общий магнитопровод, индуктивность
каждого реактора составляет 1,0 мГн. Управляемые выпря-
мители VSI — VS4, VSI0—VS13 выполнены на тиристорах
Т2-320 8-го класса, а управляемый выпрямитель VS5, VS6 —
на тиристорах ТЛ160 8-го класса.
Показатели массы элементов статического преобразователя
приведены в табл. 16.
Глава V
ВАГОНЫ С ТИРИСТОРНЫМИ РЕГУЛЯТОРАМИ
НАПРЯЖЕНИЯ И ТОКА ВОЗБУЖДЕНИЯ
ТЯГОВЫХ МАШИН
14.	Вагоны Ей и Еир
Общие сведения. Работы по созданию вагонов с безреостат-
ным пуском и рекуперативно-реостатным торможением были на-
чаты в 1967 г. Для исследований и испытаний импульсных ти-
ристорных преобразователей и тяговых машин, работающих сов-
местное этими преобразователями, в 1968 г. в электродепо «Фили»
Московского метрополитена был создан испытательный стенд,
в 1969 г. — вагон-макет, а в 1970 г. — два опытных вагона с
безреостатным пуском и реостатно-импульсным торможением.
126
Рис. 53. Схема силовых цепей вагонов Еир и Ен
На основании проведенных исследований была разработана
система тиристорно-импульсного управления вагоном метро с ис-
пользованием мощного полупроводникового регулятора. Эта сис-
тема позволяла реализовать безреостатный пуск и реостатно-им-
пульсное торможение вагона. Пять вагонов Е были оборудованы
этой системой. Они получили название «вагоны Ей». Пятивагон-
ный состав в декабре 1972 г. успешно прошел испытания и в
1973 г. был передан в эксплуатацию для перевозки пассажиров
и прошел около 1 млн. 200 тыс. вагоно-км, показав удовлетво
рительную надежность в работе при меньших на 5—10% затра-
тах энергии по сравнению с серийными вагонами Е.
В 1975 г. был передан в эксплуатацию поезд из вагонов
Еир с безреостатным пуском и рекуперативно-реостатным тормо-
жением. Электрическая схема силовых цепей вагона Еир незна-
чительно отличается от схемы вагона Ей и является ее модифи-
кацией. Вагон Еир имеет силовое оборудование вагона Ей и
дополнительно полупроводниковые приборы для бесконтактного
замещения рекуперативно-реостатного торможения реостатным.
Схема силовых цепей. Схема (рис. 53) содержит две не-
зависимые друг от друга параллельные цепи, в каждую из кото-
рых входят две соединенные последовательно тяговые машины
ДК-108А и тиристорно-импульсный регулятор. По сравнению с
традиционными схемами, используемыми на серийных вагонах с
127
реостатно-контакторным управлением, в этой схеме переключе-
ние тяговых машин с последовательного на последовательно-па-
раллельное соединение в режиме тяги и соединение тяговых
машин по циклической схеме в тормозном режиме не используют-
ся. В связи с этим резко сокращено число контактных элемен-
тов в силовых цепях. Одновременно увеличен диапазон регули-
рования напряжения на тяговых машинах и обеспечена их ус-
тойчивая работа в режиме торможения с помощью двух работаю-
щих независимо друг от друга тиристорно-импульсных регулято-
ров напряжения ТИР1 и ТИР2.
Обе группы тяговых машин Ml. М3, и М2, М4 подключены к
общему /./-СЛфильтру, включенному по Г-образной схеме. Реак-
тор фильтра L1 через линейный контактор К1, главный вы-
ключатель ГН и предохранитель FI связан с токоприемниками
вагона. Оба тиристорно-импульсных регулятора работают синх
ровно со сдвигом на полупериод, поэтому частота пульсаций
на конденсаторе С1 фильтра удваивается, в результате чего
его габаритные размеры и масса уменьшены.
Тиристорно импульсные регуляторы ТИР1 и ТИР2 непосред-
ственно соединены с отрицательным полюсом источника питания,
что позволяет предохранить от выхода из строя полупроводни-
ковые приборы регулятора при срывах регулирования и перебро-
сах дуги на корпус тяговых машин. В первом случае ток корот
кого замыкания ограничен сопротивлением обмоток тяговых ма-
шин, а во втором — приборы регулятора не входят в цепь корот-
кого замыкания.
С помощью тиристорно-импульсного регулятора ТИР1 (ТИР2)
в каждой группе тяговых машин как в режиме тяги, так и в ре-
жиме торможения осуществляется одновременное регулирование
напряжения и тока возбуждения тяговых машин в функции коэф-
фициента заполнения ), регулятора, т. е. используется совмещен-
ный способ регулирования.
Переключение силовых цепей вагона из режима тяги в ре-
жим торможения и наоборот осуществляется тормозным переклю-
чателем, имеющим десять силовых контактов. Из них четыре кон-
такта KS.MI— KSM4 замкнуты в режиме тяги и разомкнуты в
режиме торможения, а оставшиеся KSTI KST6 разомкнуты в
режиме тяги и замкнуты в режиме торможения.
В режиме тяги питание тяговых машин Ml, М3 (М2, М4) осу-
ществляется по цепи: контактная сеть — токоприемники вагона
ТР — главный выключатель ГВ — линейный контактор KI Г-
образный £/-С/-фильтр, линейный контактор К4 (К2)—тя-
говые машины Ml (М2)—М3 (М4)—сглаживающий реактор
L7 (L2)—тиристорно-импульсный регулятор ТИР1 (ТИР2) —
линейный контактор КЗ — ЗУМ.
В процессе пуска напряжение на обмотках якорей тяговых
машин постепенно увеличивается от (7|П1|1 (примерно 40 В)
до максимального напряжения практически равного нап-
128
ряжению сети U = 600-5-940 В; (Л™,=(0,96-5-0,98) U. Регули-
рование напряжения осуществляется широтным методом при
рабочей частоте каждого регулятора /=350 Гц и изменением
частоты в начальные 1,5 с пуска от 181 до 345 Гц с целью обес-
печения максимальной плавности разгона.
В периоды непроводящего состояния тиристорного переклю-
чателя ток обмоток якорей тяговых машин замыкается через об-
мотки возбуждения, шунтированные резистором R7 (R3), и об-
ратные диоды VDI (VD2). В эти интервалы времени проис-
ходит увеличение тока в обмотке возбуждения. В периоды про-
водящего состояния регулятора ТИР! (ТИР2) к цепи тяговых
машин прикладывается напряжение, равное напряжению на
фильтровом конденсаторе, а ток в обмотках возбуждения умень-
шается, замыкаясь по диоду VD10 (VD3) через контакт KSM4
(KSM3). По мерс роста среднего напряжения, прикладываемого
к тяговым машинам, благодаря увеличению коэффициента за-
полнения X тиристорного регулятора ТИР! (ТИР2) нелинейно
уменьшается ток в обмотках возбуждения (см. рис. 4, г).
На вагоне Еир предусмотрено электрическое торможение сле-
дующих видов: реостатно-импульсное, рекуперативно-реостатное
и следящее рекуперативно-реостатное. На вагонах Ей осущест-
вляется только реостатно-импульсное торможение.
Процесс реостатно-импульсного торможения вагона Ей про-
текает при отключенном линейном контакторе КЗ. В интервалы
периодов выключенного состояния тиристорно-импульсного регу-
лятора ТИР! (ТИР2) обмотки якорей подключаются к тормозному
резистору, состоящему из двух частей: регулируемой R5 (R4) и
нерегулируемой R6 (R3). при этом ток обмоток якорей тяговых
машин замыкается по цепи: М3 (М4) — 1.7 (L2) —R5 (R4) —
KST5 (KST4) — L6 (L5) — R6 (R2) — KSTI (KST2)- К4(К2)—
Ml (М2), а ток возбуждения по цепи: обмотка возбуждения ОВЗ
(ОВ4) — VD9 (VD4) — KST6 (KST3) обмотка возбуждения
OBI (ОВ2) (тиристоры V'S6‘. ES5 на вагонах Ей отсутствуют).
В интервалы периодов включенного состояния тиристорно-
импульсного регулятора ТИР1 (ТИР2) к тяговым машинам под-
ключается либо резистор R6 (R2), либо его часть при включенном
тиристоре VSI (VS2). Эта часть специально предусмотрена в
схеме для ограничения токов короткого замыкания при срыве ре-
гулирования и ее сопротивление составляет 0,25 Ом. С помощью
тиристорно импульсного регулятора ТИР/ (ТИР2), работающего
с регулируемым коэффициентом заполнения Л, по мере сниже-
ния скорости движения вагона осуществляется изменение эф-
фективного сопротивления тормозного резистора и поддержива-
ние заданного значения тормозного тока.
На вагоне Еир для осуществления рекуперативно-реостат-
ного торможения в силовые цепи специально введены тиристоры
IAS6 (VS5). Они включены в цепь регулируемой части R5 (R4)
тормозного резистора. После завершения самовозбуждения тяго-
5 Зак 1156	129
вых машин работа силовых цепей осуществляется следующим об-
разом В интервалы периодов включенного состояния тиристор-
но-импульсного регулятора ТИР1 (ТИР2) якорные обмотки Ml
(М2) и М3 (М4) подключаются к нерегулируемой части тормозно-
го резистора R6 (R2). В эти интервалы времени ток в цепи тяговых
машин нарастает н в индуктивных элементах цепи (обмотках
якорей и сглаживающем реакторе) накапливается энергия.
В течение интервалов периодов выключенного состояния
ТИР1 (ТИР2) тяговые машины через Л/-С/-фильтр, линейный
контактор KI и главный выключатель ГВ подключаются к контакт-
ной сети, а ток обмоток якорей тяговых машин замыкается по
цепи: М3 (М4) L7 (L2)—KST6 (KST3)-VDI (VD2)'
/CI-КЗ-ЗУМ^
I I—KI —ГВ контактная сеть, при этом ток частично пос-
тупает в контактную сеть (ток рекуперации), а частично — в цепь
фильтрового конденсатора. В эти интервалы времени ток обмо-
ток якорей тяговых машин по цепи регулируемой части /?5 (R4)
тормозного резистора не замыкается, так как на тиристоры ES6
(V'S5) импульсы на включение не поступают.
В случаях когда напряжение на фильтровом конденсаторе
начнет превышать заданный уровень, что свидетельствует о том,
что потребление энергии рекуперации ограничено, на тиристо-
ры И56 (VS5) от системы автоматического управления начи-
нают поступать управляющие импульсы. В случаях когда тирис-
тор VS6 (VS5) включается сразу же после выключения ТИР1
при появлении на коммутирующем конденсаторе СЗ (С2) положи
тельного напряжения, происходит переход от режима рекупера-
тивно-реостатного к реостатно-импульсному торможению. Если
тиристор IAS6 (VS5) включается с регулируемой задержкой
по отношению к моменту выключения ТИР! (ТИР2). то осущест-
вляется режим следящего рекуперативно-реостатного торможе-
ния. при котором одна часть энергии рекуперируется в контакт пук;
сеть, а другая — выделяется в тормозном резисторе.
На вагонах Еир реостатно-импульсное торможение происхо-
дит при выключенном линейном контакторе КЗ. Это необходимо,
чтобы предохранить вспомогательное высоковольтное электро-
оборудование от повышенных напряжений, возникающих вслед-
ствие того, что конденсатор фильтра при отсутствии потреби-
телей рекуперируемой энергии будет заряжен до напряжения,
равного падению напряжения на регулируемой части тормозного
резистора, которое при максимальной уставке по току ЗОО-
ЧОО А превосходит напряжение в контактной сети.
Тиристорно-импульсный регулятор. На вагоне Еир (Ей) ис-
пользуется двухоперационная схема тиристорно-импульсного ре-
гулятора (см. рис. 53). Регулятор содержит два функциональ-
ных тиристора — главный VSS (VS3) и вспомогательный V57
(VS4), разделительный диод VD8 (VD5), диод VD7 (VD6)nepe-
130
заряда коммутирующего конденсатора, коммутирующий контур,
состоящий из последовательно включенных конденсатора СЗ (С2)
и реактора L8 (L3) , а также токоограннчивающий реактор
L6 (L5). Реактор L6 (L5) включен в общую цепь регулятора
и служит для ограничения скорости нарастания тока при вклю-
чении главного тиристора VS8 (VS3) или вспомогательного
тиристора V57 (VS4) при работе регулятора с отключенными
главными тиристорами (VS3).
Все указанные элементы регулятора, за исключением реак-
тора 1.6 (L5), предназначены для подготовки и осуществ-
ления выключения в заданный момент периода главного тиристо-
ра, который одну часть периода проводит ток, равный току /я
в цепи обмоток якорей тяговых машин, а другую — находится в
непроводящем состоянии. Предположим, что тиристорный регуля-
тор работает с частотой f, напряжение в контактной сети равно
U, ток в цепи обмоток якорей тяговых машин, работающих в
режиме тяги, равен /я, а к моменту выключения главного тирис-
тора в интервале каждого периода его работы коммутирующий
конденсатор СЗ (С2) заряжен до напряжения + (Л с поляр-
ностью. указанной на рис. 53. Для выключения тиристора VS8
(VS3) подается управляющий импульс на включение вспомога-
тельного тиристора VS7 (VS4). После его включения коммути-
рующий конденсатор СЗ (С2) начинает перезаряжаться по цепи
СЗ (С2) — VS7 (VS4) — L8 (L3) — СЗ (С2).
Перезаряд конденсатора от +UC до — Ut (без учета потерь в
контуре перезаряда) по колебательному контуру перезаряда
происходит в течение времени ta = n\ C^L„ где С, — емкость
коммутирующего конденсатора СЗ (С2); L,— индуктивность
реактора L8 (L3).
При достижении напряжения на коммутирующем конденсато-
ре — Uc выключается вспомогательный тиристор VS7 (VS4),
так как в этот момент времени ток через него равен нулю
и к нему приложено напряжение обратной полярности. Корот-
кий отрезок времени коммутирующий конденсатор продолжает
перезаряжаться по цепи СЗ (С2) — L8 (1.3) — VD8 (VD5) — VSS
(VS3) СЗ (С2). при этом ток через главный тиристор уменьшает-
ся, а напряжение на конденсаторе изменяется от — Ur до — Uro.
При снижении тока через главный тиристор до нуля он за-
крывается и к нему прикладывается напряжение обратной поляр-
ности — Uro. Затем коммутирующий конденсатор заряжает-
ся до исходной полярности по цепи: контактная сеть—1.1—
Ml (М2) — М3 ( М4) — L7 (L2) — СЗ (С2) — L8 (L3) — VD8
(VD5) — L6 (L5) — КЗ — ЗУМ током нагрузки и по цепи СЗ
(С2) — L8 (L3)-VD7 (VD6)-L7 (L2)-C3 (C2). Время
приложения обратного напряжения к главному тиристору
to»x U'xC,./!,'^ mtt, где т коэффициент запаса; t,— время
выключения тиристора.
5*	131
состава другим. В подобных режимах время работы преобразова-
теля становится соизмеримым с постоянной времени нагревания
полупроводниковых приборов регулятора. Это дает основание
считать расчетным для полупроводниковых приборов продолжи-
тельный режим работы. Экспериментально установлено, что ско-
рость охлаждающего воздуха, проходящего через охладители по-
лупроводниковых приборов, установленных в размещенном под
вагоном блоке, не превышает 1,0—2,0 м/с и мало зависит от ско-
рости движения вагона. С учетом указанных условий и осуществ-
лялся выбор числа полупроводниковых приборов.
При выборе типа силовых тиристоров исходят из условия по-
лучения оптимальных массо-габаритных и энергетических пока-
зателей схемы силовых цепей вагона при минимальных затратах
на ее изготовление. Основными параметрами тиристоров, влияю-
щими на массо-габиритные показатели регулятора при заданной
мощности, являются: предельный ток. повторяющееся напряже-
ние, значение которого определяет класс тиристора, критическая
скорость нарастания прямого напряжения, время выключения
и критическая скорость нарастания прямого тока.
Как показывает сравнительный анализ, использование ти-
ристоров на больший предельный ток вместо двух или трех ти-
ристоров, включаемых параллельно, не приводит к сокращению
массы силового блока регулятора, несмотря на сокращение вы-
равнивающих R и /?-С-цепей и делителей тока. Проиллюстрируем
это положение на примере тиристоров ТБ и ТЛ, применяемых на
э. п. с. метрополитена. Указанное в паспортных данных тиристо-
ров предельное значение тока может быть реализовано при бес-
конечно большом охладителе. При использовании тиристора с ти-
повым охладителем и ограниченной скорости охлаждающего воз-
духа предельный ток резко уменьшается, что видно из табл. 17.
Расчетное значение тока для главных тиристоров регуля-
тора вагона Еир составляет 270 А. Учитывая, что при естественной
вентиляции силового блока скорость охлаждающего воздуха
через охладители тиристоров составляет примерно 1,5 м/с, ока-
залось целесообразным исходя из минимума массы блока ис-
пользовать три параллельные ветви тиристоров ТЛ 2-200 Ти-
ристоров ТБ400 или ТБ320 потребуется меньше (две параллель-
ные ветви), несмотря на это масса главных тиристоров возрас-
тет в 3,2 раза, а с учетом сокращения массы R и ₽-С-цепей —
в 2.6 раза. Применение тиристоров ТБ630 и ТБ800 также не да-
ет выигрыша по суммарной массе узла главных тиристоров. Кро-
ме того, использование этих тиристоров вряд ли целесообраз-
но с точки зрения унификации силового блока, в котором, кро-
ме главных тиристоров, установлены и другие тиристоры на мень-
шие токи. Тиристоры на большие токи выполняют с двусторонни
мн охладителями и их замена в процессе эксплуатации связана
со значительным увеличением трудозатрат.
134
Таблица 17
Тип тиристора	Пре дель ный ток. А	Предельный ток. А. при скорости ох ла ж дающего воздуха, м/с				.Масса ти- ристора, кг	Масса ти- ристора охлади телеч. кг
		0	3	6	12		
ТЛ200	160	70	122	148	170	0.42	1.1
ГЛ 171 320	320	111		214	—	0.51	2,26
ГБ320	320	87	204	236	265	0.42	5.3
ТБ400	400	ПО	260	300	335	0.42	5,3
Тиристоры ТЛ и ТБ ио напряжению имеют одинаковый предел,
примерно 1000 В, и могут использоваться на рабочее напряже
ние 61X1 700 В. Для выбранной схемы преобразователя, в кото-
рой при напряжении в контактном рельсе 975 В максимальные на-
пряжения на элементах в некоторых режимах достигают 1600 —
1800 В, необходимо устанавливать три последовательно соеди-
ненных тиристора 9-го или 10-го класса (тиристоры ТЛ или ТБ).
В связи с указанным пропускная мощность (произведение
рабочего напряжения U? и предельного тока /,,) тиристоров ТЛ и
ТБ 10-го класса пропорциональна току /„ при использовании типо-
вого охладителя и естественного охлаждения, что соответствует
условиям эксплуатации силовых блоков на вагонах метрополитена.
Эта мощность при (7р = 7ОО В и предельном токе по данным табл.
17 составит:
Тиристор
Мощность. кВ-А
ТЛ2-200 ТБ320	ТБ400
49,0	60.9	77.0
Удельные значения массы и стоимости тиристоров следующие:
Тиристор
Удельная масса, г/(кВ-А)
Удельная стоимость, руб./(кВ-А)
ТЛ2 200	ТБ32О	ТБ400
22,4	70,1	68.8
0,34	0,93	0.94
Из приведенных данных следует, что массо-габаритные и стои-
мостные показатели тиристоров ТЛ2-200 втрое лучше, чем тирис-
торов ТБ. При использовании тиристоров ТБ400 вместо ТЛ2-200
суммарные потери в рабочих тиристорах силового преобразова-
теля возрастут в 1,2 раза. Примерно одинаковые показатели
имеют тиристоры ТЛ2-200 и ТБ400 по критической скорости на-
растания прямого напряжения, току утечки и прямому падению
напряжения.
Несмотря на отмеченные преимущества тиристоров ТЛ2-200,
они уступают по динамическим показателям тиристорам ТБ. Од-
нако реализация некоторых преимуществ тиристоров ТБ в насто-
ящее время встречает определенные трудности. Тиристоры ТБ400
по сравнению с тиристорами ТЛ2-200 имеют в 2,5 раза большую
критическую скорость нарастания прямого тока и в 3 раза мень-
135
шее время включения. Однако эти преимущества могут быть реа-
лизованы при выполнении специальных требований к управляю-
щим импульсам тиристоров. Чтобы реализовать для тиристоров
ТБ400 критическую скорость нарастания прямого тока 100 А/мкс и
время включения 5 мкс, необходимо обеспечить скорость нараста-
ния управляющего сигнала 5 А/мкс, которая в 2,5 раза больше,
чем для тиристоров ТЛ2-200. В созданных тиристорных преобра-
зователях для э. п. с. достигнута скорость нарастания управляю-
щего сигнала 1,5 2 А/мкс, причем увеличение этого показате-
ля связано с техническими трудностями. Таким образом, крити-
ческая скорость нарастания прямого тока и время включения,
указанные в паспорте тиристора ТБ400, не могут быть достиг-
нуты, а их уровень ограничивается свойствами цепей управления
тиристорами и практически не отличается от значений, реали-
зованных для тиристоров ТЛ2-200.
Неоспоримыми преимуществами тиристоров ТБ400 по срав-
нению с ТЛ2-2ОО является значительно меньшее время выклю-
чения и малый заряд восстановления. Тиристоры ТБ100 выпус-
каются с временем выключения 30 мкс и зарядом восстановления
165 мкКл, что соответственно в 2.3 и 3,3 раза меньше, чем у тирис-
торов ТЛ2-200. Это дает возможность уменьшить массу и габарит-
ные размеры коммутирующих конденсаторов и защитных R C-
цепей, включаемых параллельно тиристорам. Однако масса ком-
мутирующих конденсаторов и /?-С-цепей невелика, поэтому ее
сокращение не скомпенсирует увеличения массы силового бло-
ка, вызванного использованием тиристоров ТБ400, удельные
массо-габаритные показатели .которых значительно хуже, чем
тиристоров ТЛ2-200 при естественном охлаждении.
Применение тиристоров ТБ400 с временем выключения 30 мкс
позволит увеличить коэффициент регулирования выходного пара-
метра преобразователя, так как практически в 2 раза можно
уменьшить время перезаряда коммутирующего конденсатора, ко-
торое определяет уровень минимального среднего напряжения,
прикладываемого к тяговым машинам.
Как показывает опыт работы с тиристорными преобразова-
телями, требуемый диапазон регулирования может быть реализо-
ван на тиристорах с временем восстановления 70 мкс путем ис-
пользования специальных схемных решений.
Исходя из приведенного сопоставительного анализа для ваго
нон Еир (Ей) и были приняты тиристоры ТЛ2-200 9-го класса
четвертой группы по времени выключения. Основные параметры
элементов, используемых в схеме силовых цепей, следующие;
Вагон
Емкость конденсатора. мкФ:
фильтрового
коммутирующего СЗ (С2)
Индуктивность реактора фильтра, мГн
Ей Еир
640	640
50	50
2.5	2.5
136
Общее число:
полупроводниковых вентилей на две группы тяговых
машин	60	68
тиристоров Индуктивность реактора, мкГн:	34	42
L6 (L5) в цепи главных тиристоров	80	55
LS (L3) в цепи коммутирующего контура	120	120
U (L2) в цепи якорей тяговых машин Сопротивление части тормозного резистора. Ом:	2.5	2,5
регулируемой (7?4|	3,05	3,4
нерегулируемой R6 IR'2\ Сопротивление резистора /?7 (7?Д), шунтирующего об	2	1.65
мотку возбуждения, Ом Число:	1,45	1,45
линейных контакторов	4	4
силовых контактов тормозного переключателя	10	10
При выбранных параметрах входного фильтра пульсации
напряжения на конденсаторе фильтра не превышают 100 В Ис-
пользуемые в качестве фильтровых конденсаторы ФСТ-2, 1-160У2
рассчитаны на работу с указанной пульсацией напряжения. Соб-
ственная частота фильтра составляет 125 Гц. Индуктивность
контактной сети изменяется от 0,5 до 9,0 мГн и частота фильт-
ра находится в пределах от 115 до 67 Гц, т. е. достаточно удалена
от частоты импульсного регулятора 350 Гц
Большую часть времени преобразователь работает при А.>0,9,
в связи с чем переменная составляющая тока в сети, изменяющая-
ся с частотой 350 X 2 = 700 Гц, составляет менее 1,5 А. Для обес-
печения плавного пуска на вагонах Ен и Еир предусмотрено
понижение частоты работы каждого регулятора до 200 Гц, при
этом коэффициент заполнения, с которым работает регулятор,
составляет Х<0,1, а переменная составляющая тока сети (с час-
тотой /=400Гц) равна 3 А
Индуктивность реактора L6 (L5) выбрана таким образом, что
ограничивает скорость изменения тока через главные тиристоры
в момент их включения на уровне 4 А/мкс. Скорость изменения
тока через вспомогательные тиристоры, состоящие из двух
параллельных ветвей, равна 7 А/мкс. Столь большие запасы по
скорости изменения тока через тиристоры di/dt объясняются
тем, что в регуляторах, используемых на вагонах Ей и Еир, ско-
рость нарастания тока управления в цепи управляющих электро-
дов тиристоров была получена около 0,8—1,0 A/мкс, что при-
мерно вдвое ниже допустимого значения управляющего сиг-
нала, при котором реализуется критическая скорость нараста-
ния тока через тиристор. При выбранных значениях индуктивности
выходов из строя главных и вспомогательных тиристоров в ре-
зультате прожогов у управляющих электродов (характерный приз-
нак разрушения тиристора из-за превышения di/dt) не было.
При выбранной емкости коммутирующего конденсатора время
приложения обратного напряжения к тиристорам при максималь-
ных нагрузках до 400 А и напряжении в контактной сети 600 —
137
Таблица 18
Наммеиоваиие	Класс	Количество на одау группу тяговых машин		Всего
		параллель ных ветвей	последова- тельно соеди <еннык при- боров	
Тиристоры: главные VS8 (VS3)	9	3/3	3/3	18/18
вспомогательные VS7 (ICS4)	9	2/2	3/3	12/12
реостатного торможения 1'56 (VS5)	9	2/-	2/-	8/-
шунтирования VS1 (1'52)	9	2/2	1/1	4/4
Диоды: разделительные VD8 [VD5)	14	!/•	3/3	6/6
обратные VDI (VD2)	14	2/2	3/3	12/12
перезаряда VD7 (VD6)	14	1/1	2/2	4/4
шунтирования. VDtO {VD3} (тяговый режим)	14	1/1	1/1	2/2
VD9 <VD5) (тормозной режим)	14	1/1	1/1	2/2
Примечания I. В числителе для нагона Еир. а знаменателе — тля вагона Ей.
2. Тиристоры и диоды шунтированы размещенными в блоке КС-цепями (51 Ом,
0.25 мкФ) и резисторами (10 кОм).
650 В составляло не менее 95—105 мкс, т. е. запас по этому
параметру был 35—40%.
В табл. 18 приведены данные о количестве и классе полу-
проводниковых приборов, используемых в регуляторе.
Режимы работы полупроводниковых приборов тиристорно-им-
пульсного регулятора вагона Еир. Работа полупроводниковых при-
боров была исследована на стендах в электродепо «Фили» и
«Красная Пресня» Московского метрополитена. Испытания прово-
дились при максимальных нагрузках тяговых машин /„ = 400 А
и напряжении в контактной сети 800—850 В. В табл. 19 приве-
дены данные, полученные по результатам обработки осциллог-
рамм, снятых при работе вагона в режимах тяги, реостатного
и рекуперативно-реостатного торможения.
Рассмотрим более подробно работу полупроводниковых при-
боров тиристорно-импульсного регулятора.
Главные тиристоры VS8 (YS3). Равномерное распределе-
ние токов между параллельными ветвями обеспечивается делите-
лями-резисторами, сопротивление каждого из которых /? =
= 0,012 Ом. Результаты обработки осциллограмм (рис. 54) пока-
зывают, что максимальная скорость изменения напряжения на ти-
ристорах VSS в этих режимах не превышает 3 В/мкс, время прило-
жения обратного напряжения в процессе выключения тиристора
при среднем токе в цепи тяговых двигателей 400 А составляет не
менее 125 мкс, максимальное напряжение на тиристорах VS& во
138
Таблица 19
Наименование	Максимальное напряжение. В. на полупроводниковых приборах при режиме работы вагона		
	ТЯГИ	реостатного торможе- ния	рекуператив- но-реостат- ного тормо- жения
Тиристоры:			
главные VS8 (KSJ)	1182	1650	1091
вспомогательные VS7 i VS4)	1727	1WX)	1590
реостатного торможения VS6 (VS5) Диолы:	—	750	1091
разделительные VD8 ( VD5)	1727	2000	1727
перезаряда VD7 (VD6)	2136	2250	1909
обратные VDI (VD2)	2272	2800	1909
всех режимах превышает напряжение в контактной сети. В режи-
мах тяги и рекуперативного торможения после выключения диода
VD8, чему соответствует окончание дозаряда коммутирующего
конденсатора, напряжение на тиристорах VS8 уменьшается до
максимального, равного напряжению на коммутирующих конден-
саторе и реакторе в момент окончания дозаряда, до напряжения на
фильтровом конденсаторе, которое незначительно отличается от
напряжения в контактном рельсе.
В режиме реостатного торможения по сравнению с другими
режимами максимальное напряжение на тиристорах увеличивает-
ся примерно в 1,5 раза и составляет 1650 В. Значение этого
напряжения определяется падением напряжения на регулируемой
части R5 тормозного резистора (/?5 = 3,4 Ом; индуктивность
этого резистора /,₽5= 100-? 150 мкГн) в момент окончания заря-
Рис. 54 Осциллограммы напряжения на
главных тиристорах при работе тяговых
машин со средним током /,»400 А в
режиме тяги (а), реостатного (б) и
рекупсратнвно-реостатного <•> тормо-
жения
139
да коммутирующего конденсатора. Максимальная скорость
изменения тока при включении главных тиристоров не превышает
4 А/мкс.
Измерения напряжения на отдельных тиристорах показали,
что используемые R-C и /?-цепи обеспечивают равномерное деле-
ние напряжения между тремя последовательно включенными ти-
ристорами. Максимальное напряжение на одном тиристоре в режи-
ме реостатного торможения было примерно 550 В при рекоменду-
емом напряжении на один тиристор 630 В. Следовательно, главные
тиристоры имеют запас по напряжению 80 В на один прибор. На
вагонах Ей и Еир максимальная уставка по току при максимальной
массе груза 20 т составляет 350 А.
При продолжительной работе преобразователя с коэффициен-
том заполнения, близким к максимальному, средний ток через
один рабочий тиристор составляет 85—90 А. Следовательно,
главные тиристоры выбраны с небольшим запасом по току, так
как рекомендуемое значение тока для тиристора ТЛ2-200 при
скорости охлаждающего воздуха через охладители 1 — 1,5 м/с
равно 90 А.
Вспомогательные тиристоры. Равномерное распределение то-
ков между параллельными ветвями обеспечивается индуктивными
делителями. Результаты обработки осциллограмм (рис.55,а,б,а,г)
показывают, что максимальные напряжения на тиристорах VS7
(VS4) во всех трех режимах отличаются незначительно (1590—
1800 В) и примерно вдвое превышают напряжение в контактной
сети; максимальная скорость нарастания прямого напряжения
Рис, 55. Осциллограммы напряжения на вспомогательных тиристорах при работе
тяговых машин со средним током /,«400 А в режимах гяги (о. В), реостатного
(в) и рекуперативно-реостатного (е) торможения
МО
не превышает 4 В/мкс, время приложения обратного напряжения
при среднем токе в цепи нагрузки 400 А составляет примерно
185 мкс
При выключении тиристоров VS7 (VS4) к ним (см. рис. 55, б)
кратковременно прикладывается обратное напряжение около
1000 В, равное падению напряжения на реакторе L9 (L4), который
включен последовательно с диодами VD8 (VD5) для ограничения
скорости нарастания прямого напряжения на тиристорах VS7
(VS4) в режиме работы преобразователя с максимальным коэф-
фициентом заполнения, когда возможно включение главных тирис-
торов в процессе дозаряда коммутирующего конденсатора.
После насыщения реактора L9 к вспомогательным тиристорам
в течение 55 мкс прикладывается обратное напряжение, равное па-
дению напряжения на тиристорах VS8 (VS3), диодах VD8 (VD5) и
соединительных проводах, которое составляет 50—60 В.
После выключения главных тиристоров к тиристорам VS7
(VS4) прикладывается скачком напряжение около 1000 В, кото
рое по мере перезаряда коммутирующего конденсатора за 130 мкс
уменьшается до нуля. На осциллограмме напряжения на ИЗ 7
(VS4) (см. рис. 55, б) можно выделить три характерных участка
изменения напряжения, связанных с зарядом разрядом коммути-
рующего конденсатора: на первом участке напряжение изменяется
практически линейно от— 1000 до 860 В, чему соответствует пе-
резаряд коммутирующего конденсатора постоянным током по цепи
тяговых машин; на втором участке напряжение увеличивается
незначительно до 4-1100 В, в это время происходит дозаряд ком-
мутирующего конденсатора; на третьем участке напряжение на
вспомогательных тиристорах резко увеличивается до 4-1727 В,
при этом заканчивается дозаряд, выключается диод VD8 (VD5),
к тиристору ИЗ 7 (VS4) приложено напряжение коммутирующего
конденсатора.
Скорость изменения тока через тиристоры во всех режимах,
за исключением маневрового, составляет не более 7,5 А/мкс.
В маневровом режиме главные тиристоры отключены, а регулиро
ванне осуществляется только благодаря использованию вспомога-
тельных тиристоров, при включении которых ток нарастает по двум
цепям: контактная сеть Ml (М2) — М3 (М4) — L7 (L2) — VS7
(VS4) — VD8 (VD5) — L6 (L5)-3.VM и СЗ (C2)-VS7 (VS4)
L8 (L3) (см. рис. 53). В этом случае di/dt составляет 10 А/мкс.
Измерения напряжения на отдельных тиристорах показали,
что между тремя последовательно включенными тиристорами на-
пряжение делится равномерно. Наибольшее напряжение на одном
тиристоре составляет 600 В в режиме реостатного торможения,
т. е. по напряжению имеется небольшой запас.
Амплитудное значение тока перезаряда через вспомогатель-
ные тиристоры равно 1161 А, расчетное значение тока через
вспомогательный тиристор 81 А, что несколько меньше реко-
мендуемого.
141
Тиристоры реостатного торможения VS6 (VS5). В режиме
рекуперативно-реостатного торможения тиристоры VS6 (VS5)
выключены и напряжение на них изменяется практически так же,
как на главных тиристорах. В режиме реостатного торможения
тиристоры VS6 (VS5) работают с максимальным коэф-
фициентом заполнения. Тиристоры VS6 (VS5) включаются, когда
прямое напряжение на них становится равным 200 300 В, вык-
лючаются они одновременно с главными тиристорами.
Режим работы тиристоров реостатного торможения: du/dt^.
^5В/мкс; di/dt<3 А/мкс. Специального токоограничивающего
реактора в цепи V56fVS5) нет, так как последовательно
с ними включена регулируемая часть тормозного резистора,
обладающего индуктивностью, достаточной для ограничения
скорости нарастания тока через тиристор.
Тиристоры шунтирования VSI (VS2). Тиристоры VSI (VS2)
включены параллельно нерегулируемой части R6 (R2) тормозно-
го резистора и используются в режимах реостатного и рекупера-
тивно-реостатного торможения.
Тиристоры VSI (VS2) в отличие от других тиристоров в процес-
се торможения включаются однократно, выполняя функции кон-
тактора. Эти тиристоры обтекаются током кратковременно: при-
мерно 5% времени работы преобразователя. Это приводит
к значительным перепадам температуры и. как следствие, к сок-
ращению срока службы прибора. В процессе эксплуатации вагонов
Ен [сначала параллельное включение тиристоров VSI (VS2)
не предусматривалось] наблюдались неоднократные случаи вы-
хода из строя тиристоров VS1(VS2). Причиной отказов яв-
лялась повышенная термоцнкличность. После добавления парал-
лельной ветви, что уменьшило колебания температуры, выхода
из строя тиристоров VSI (VS2) не отмечалось.
Изменениями/d/ и di/dt на тиристорах VSI (VS2) значительно
меньше допустимых значений.
Диоды регулятора. Обратные диоды VDI (VD2) в режиме
тяги (см рис. 53) установлены параллельно цепи обмоток яко-
рей тяговых машин и обтекаются током в течение времени, ког-
да тиристорный прерыватель ТИР1 (ТИР2) выключен (рис. 56, а).
В режимах реостатного и рекуперативно-реостатного торможения
обратный диод VDI (VD2) используется как резделительный
и включается между фильтровым конденсатором и тяговыми ма-
шинами. Изменения напряжения на обратных диодах в режимах
тяги и рекуперативно-реостатного торможения (рис. 56, бив) от-
личаются незначительно.
В режиме реостатного торможения диод VDI (VD2) про-
водит ток кратковременно (см. рис. 56, б), этому промежутку вре-
мени соответствует окончание процесса заряда коммутирующего
конденсатора. После включения обратных диодов ток /„ за-
мыкаясь по цепи тормозного резистора, частично ответвляется
в цепь фильтрового конденсатора, осуществляя его подзаряд.
142
Рис. 56. Осциллограммы напряжения на обратных диодах VDI (VD2) при работе
машин со средним током /, — 400 Л в режимах тягн (а), реостатного (б) и реку-
перативно-реостатного (а) торможения
При выключенном прерывателе ток /, уменьшается и, как только
падение напряжения на регулируемой части R5 (R4) тормоз-
ного резистора станет меньше напряжения на фильтровом кон-
денсаторе, диод VDI (VD2) выключается и к нему приклады-
вается разность напряжений на этих элементах. При включении
главных тиристоров напряжение на диодах VDI (VD2) скач-
ком увеличивается до напряжения, равного напряжению на фильт-
ровом конденсаторе (пренебрегаем падением напряжения на ре-
зисторе R7).
В момент выключения главных тиристоров к обратным дио-
дам прикладывается сумма напряжений на коммутирующем и
фильтровом конденсаторах. Напряжение на фильтровом конденса-
торе в режиме реостатного торможения равно максимальному па-
дению напряжения на регулируемой части тормозного резистора и
значительно превышает напряжение источника питания. Этим
объясняется тот факт, что максимальное напряжение на диодах
VDI (VD2) составляет 2800 В и значительно превышает уровни
напряжений в других режимах. Наличие столь высоких напря-
жений на диодах VDI (VD2) обусловило применение трех пос-
ледовательно включенных приборов 14-го класса.
Разделительные диоды VDS (VD5). Они используются в
схеме тиристорного прерывателя для предотвращения перезаряда
коммутирующего конденсатора по цепи главных тиристоров и ко-
лебаний при заряде коммутирующего конденсатора
При включении вспомогательных тиристоров напряжение на
диодах VD8 (VD5) уменьшается практически до нескольких вольт
143
и определяется разностью падений напряжений в цепи главных
и вспомогательных тиристоров. После выключения KS7 (VS7)
по цепи разделительных диодов происходит перезаряд коммути-
рующих конденсаторов.
Если тиристорный прерыватель работает с минимальным коэф-
фициентом заполнения, чему соответствует работа только на ти-
ристорах IAS7 (VS4) или одновременное включение тиристоров
VS7 (VS4) и KS# (VS3), то после окончания дозаряда комму-
тирующего конденсатора к диодам VD8 (VD5) прикладывает-
ся разность напряжений на коммутирующем конденсаторе и источ-
нике питания (рис. 57. а). Если коэффициент заполнения увели-
чивать, то напряжение на диодах VD8 (VD5) будет иметь сту-
пенчатую форму (рис. 57, б).
При включении главного тиристора напряжение на диоде
VD8 (VD5) скачком увеличивается до напряжения на коммути-
рующем конденсаторе в режиме тяги и до напряжения, равного
сумме напряжений на R5 и СЗ, в режиме’реостатного торможения
Диоды перезаряда VD7 (VD6). Их используют для снятия
перенапряжений с тяговых машин. Так, если бы диоды перезаря-
да отсутствовали, то в режиме тяги (см. рис. 53) к цепи тяговых ма-
шин прикладывалось бы напряжение, повторяющее напряжение на
диодах VDI (VD2) и значительно превышающее напряжение в
контактной сети, равное сумме напряжений на фильтровом и ком-
мутирующем конденсаторах. При наличии диодов VD7 (VD6) в
момент выключения главных тиристоров напряжение на тяговых
машинах может увеличиться не более чем до напряжения на вход-
ном фильтре. Как только напряжение на тяговых машинах нес-
колько превысит напряжение на конденсаторе С/, включаются
диоды перезаряда и обмотки якорей тяговых машин, минуя комму-
тирующий конденсатор через VD8 (VD5) и L6 (L5), подклю
чаются непосредственно к «минусу» источника питания. Диоды
VD7 (VD6) выключаются в момент времени, когда ток переза-
ряда коммутирующего конденсатора уменьшается до тока нагруз-
ки 1Я.
После выключения главных тиристоров коммутирующий кон
Рис. 57. Осциллограммы напряжения на разделительных диодах VD8 (VD5) при
работе тяговых машин в режимах тяги при /, = 225 А (а) и /, = 400 А (б)
144
рез диод VD7 (VD6) по контуру СЗ (С2) - L8 (L3) — VD7
(VD6) — L7 (L2) — СЗ (С2). При достижении на конденсаторе
СЗ (С2) напряжения, равного напряжению на CI. включаются ди-
оды VDI (VD2), а к диодам VD7 (VD6) прикладывается напряже
ние, примерно равное напряжению на входном фильтре. После
окончания дозаряда конденсатора СЗ (С2) напряжение на диоде
VD7 (VD6) возрастает до напряжения на коммутирующем кон
денсаторе за вычетом падения напряжения на L7 (L2). При вклю-
чении главных тиристоров напряжение на диоде VD7 (VD6) воз-
растает до 2136 В и становится равным сумме напряжений на
СЗ (С2) и L7 (L2).
Оригинальное включение диодов VD7 (VD6) позволило пол-
ностью исключить перенапряжения на тяговых машинах при сох-
ранении однонаправленности прерывателя, что является сущест-
венным при выполнении нулевой зашиты. Диоды шунтирования
VD9, VDIO (VD4. VD3) работают в легких условиях. Нап
ряжение на них равно падению напряжения на резисторе R7 (R3)
и зависит от разности токов обмотки якоря и возбуждения. Для
уменьшения перенапряжений на этих диодах параллельно ре-
зистору R7 (R3) включен конденсатор емкостью 1—2 мкФ,
а в цепь диода VDI (VD2) — реактор. Это позволяет ограни-
чить обратные токи через диод VDIO (VD3).
Система автоматического управления вагона Еир (Ей). Уп-
равление тиристорно-импульсным регулятором осуществляется
широтно-импульсным способом при частоте следования управляю-
щих импульсов на включение тиристоров f = const и переменном
коэффициенте заполнения X регулятора При использовании этого
способа обеспечивается надежная работа системы безопасности
АРС и СПБ. а также реализуются минимальные массо-габа-
ритные показатели сглаживающих фильтров.
На вагоне Еир (Ей) поддержание заданной уставки тока /„
в цепи якорей тяговых машин с заданной точностью осуществля-
ется в замкнутой системе автоматического регулирования (САР).
В режимах тяги, реостатного и рекуперативно-реостатного тор-
можения заданное значение тока /, поддерживается одной и
той же САР тока. В этой системе задающими являются уп-
равляющие импульсы на включение вспомогательных тиристоров
(см. рис. 53). по отношению к которым регулируется фаза
включения главных тиристоров VS1 Па вагоне Еир (Ей) уп-
равление тиристорно-импульсными регуляторами ТИР! и ТИР2
осуществляется автономно с помощью системы импульсов, посту
пающих на управляющие электроды, соответственно главных и
вспомогательных тиристоров. Импульсы «ул, поступающие на
вспомогательные тиристоры регулятора ТИР1, смещены на пол-
периода по отношению к импульсам мум. поступающим на вспо-
могательные тиристоры регулятора ТИР2, в связи с чем рас-
сматриваемая система вырабатывает четыре последовательности
управляющих главными и вспомогательными тиристорами импуль-
145
сов Кроме того, в режиме торможения при достижении макси-
мального значения коэффициента заполнения синфазно с соот-
ветствующими управляющими импульсами му2| подаются им-
пульсы Мул и на включение тиристоров VSI и VSZ
Изменение относительного времени включенного состояния
тиристоров, включенных в цепь регулируемых частей тормозных
резисторов, обеспечивается изменением фазы управляющих им-
пульсов Uy3i и по отношению к импульсам u^i и иугг соответ-
ственно, что обусловливает наличие импульсов двух дополни-
тельных последовательностей.
Двухтактный задающий генератор ЗГ определяет период Т
следования управляющих импульсов и и,22 на вклю-
чение вспомогательных тиристоров регуляторов ТИР1 и ТИР2 и
их сдвиг на полпериода относительно друг друга, а также син-
хронизирует работу фазосдвигающих блоков.
Импульсы с задающего генератора и фазосдвигающих блоков
поступают в блок формирования импульсов, с выхода которого
управляющие импульсы поступают на тиристоры. Основным стаби-
лизируемым параметром системы автоматического регулирования
являются токи в цепи обмоток якорей гяговых машин.
На вагонах Еир (Ей) используется независимое регулиро-
вание коэффициента заполнения групп регулятора со стабилиза-
цией тока в каждой группе тяговых машин. При независимом ре-
гулировании изменение токов в группах тяговых машин произво-
дится индивидуальными датчиками тока.
Значение задающего сигнала на выходе задатчика уставки тока
ЗУ,, общее для обеих групп, определяется положением контрол-
лера машиниста и корректируется датчиком грузового авторежи-
ма в зависимости от загрузки вагона. В блок сравнения посту-
пают сигналы с задатчика уставок и датчиков тока и формиру-
ются сигналы рассогласования, которые поступают на входы фа-
зосдвигающих блоков соответствующих каналов управляющего
устройства. Это обеспечивает независимость регулирования коэф-
фициентов заполнения Ап и Аы регуляторов ТИР1 и ТИР2 (см.
рис. 53) и. как следствие, обеспечивает поддержание на задан-
ном уровне тока в цепи обмоток якорей каждой группы тяго-
вых машин. В САР предусмотрен блок фиксации максимального
коэффициента заполнения, с выхода которого при достижении в
одном из ТИР АП1М поступает команда на включение тиристора,
шунтирующего нерегулируемую часть тормозного резистора,
а также в конце торможения на замещение электрического тор-
моза пневматическим.
Реализация близкой к предельной тормозной характеристи-
ки осуществляется в зоне высоких скоростей благодаря регули-
рованию тока в цепи обмоток якорей тяговых машин в функции
скорости v движения вагона. При этом обеспечивается огра-
ничение по реактивной #. д. с., которая пропорциональна про-
изведению l,v. и по напряжению между смежными коллектор-
ными пластинами.
146
Дополнительным стабилизируемым параметром системы, об-
щим для THР1 и ТИР2, является напряжение U на токоприемнике
вагона, измеряемое с помощью датчика напряжения. Сигналы с
датчика напряжения и задатчика уставок по напряжению ЗУ„
сравниваются и в блоке сравнения формируется сигнал рассогла-
сования. управляющий работой фазосдвигающего блока, с по-
мощью которого регулируется коэффициент заполнения тиристо-
ров VS6 (VS5). В режиме рекуперативно-реостатного торможения
напряжение на токоприемнике вагона при достижении предельно
допустимого значения стабилизируется путем увеличения коэф
фнциента заполнения тиристоров VS6 (VS5). Когда указанный
коэффициент заполнения достигнет максимального значения, осу-
ществляется автоматический переход к реостатному торможению.
В системе предусмотрен узел быстродействующей зашиты
(Б3>. Узел БЗ построен таким образом, что запрещает подачу уп-
равляющих импульсов на тиристоры регуляторов при проезде
участков токораздела в тяговом режиме, отклонении напряжения
U контактной сети от допустимых значений, выходе из строя эле-
ментов управляющего устройства или ложных срабатываниях.
Применение балансного диодно-регенеративного сравнивающего
элемента и стабилизация опорных уровней напряжения, которые
определяют допустимые значения напряжений, позволяют фикси-
ровать предельные значения напряжений контактной сети с по-
грешностью не более 5 %. В режиме тяги узел БЗ запрещает по-
дачу управляющих импульсов при U <550 В. При этом пер-
выми снимаются импульсы с главных тиристоров, а через время,
равное периоду рабочей частоты, — управляющие импульсы вспо-
могательных тиристоров При восстановлении напряжения кон-
тактной сети автоматически устанавливается режим, определяе-
мый положением рукоятки контроллера машиниста.
В тормозном режиме осуществляется автоматический переход
с рекуперативно-реостатного торможения на реостатное, если
U>1200 В или t/<800 В. Помимо этого, узел зашиты отклю-
чает регуляторы при нарушении работы любого из формирова-
телей управляющих импульсов
Управление вагонами по системе многих единиц. Команды
на изменение режима работы состава подаются с контроллера ма-
шиниста ( КМ> головного вагона по специальным поездным прово-
дам, связывающим управляющие устройства всех вагонов Конт-
роллер машиниста имеет три ходовых и три тормозных положения,
на каждом из которых происходит автоматическое поддержание
определенной уставки по току якорей тяговых машин (табл. 20).
Исключение составляет положение рукоятки КМ «Ход 1», при ко-
тором включаются на пониженной частоте ft только вспомога-
тельные тиристоры регуляторов ТИР1 и ТИР2, благодаря чему
реализуется минимальная сила тяги, необходимая для обеспече-
ния маневрового режима работы.
147
Таблица 20
Положение рукоятки КМ	Режим работы	Уставка по току, А	
		Порожний вагон	Масса грузя В ВЭПММ* '211 ▼
«Ход 1» «Ход 2> «Ход 3» «Тормоз 1 • «Тормоз 2» «Тормоз 3»	Маневровый Регулируемая уставка Предельный Подтормаживание Регулируемая уставка Предельный	100-270 270 100 100-270 270	100 350 350 100 100—350 350
Время изменения уставки при переводе рукоятки КМ из од-
ного положения в другое не зависит от уставки, оно определя-
ется из условий получения требуемой плавности движения (ком-
фортабельности) при изменении тягового или тормозного усилия
и составляет 1,5 с.
Частота работы преобразователен при положениях рукоятки
КМ «Ход 2» и «Ход 3» составляет 350 Ги (в положении «Ход I»
частота равна 200 Гн) При переводе рукоятки КМ из положения
«Ход 1> в положение «Ход 2» частота работы прерывателя за вре-
мя 1,5 с изменяется линейно от 200 до 350 Гц, после чего сох-
раняется неизменной. Такое изменение частоты не оказывает ме-
шающего влияния на работу устройств АРС и СЦБ, что и было
подтверждено экспериментальными исследованиями.
Результаты исследования переходных процессов системы ав-
томатического управления. Качество переходных процессов в ря-
де случаев определяет предельные значения регулируемых вели-
чин, например, максимального тока, ослабления возбуждения и
т. д.
Одно из главных преимуществ системы совмещенного регули-
рования, используемой на вагонах Ей и Еир с постоянно вклю-
ченным регулятором ТИР! (ТИР2), — высокое быстродействие во
всем диапазоне скоростей движения, обеспечивающее отсутствие
бросков тока обмотки якоря при колебаниях напряжения в кон-
тактной сети. Крутой участок характеристики 0(Х) (см. рис. 4)
и инерционность магнитной цепи тяговой машины не оказывают
влияние на такие показатели качества переходного процесса
в цепи якоря, как время его протекания и перерегулирование.
При скачке вверх напряжения контактной сети амплитуда
прямоугольных импульсов напряжения, прикладываемых к цепи
якоря, увеличивается. Действие обратной связи по току якоря
практически мгновенно уменьшает коэффициент заполнения регу-
лятора ТИР! (ТИР2) от Xi до Х2, стабилизируя ток в обмотке
якоря на заданном уровне. Так как регулирование совмещен-
ное, то новому значению коэффициента заполнения Х2 соответ-
ствует увеличенное значение напряжения на обмотке возбуж-
148
дения. Вследствие больших постоянных времени цепи обмотки
возбуждения и магнитной цепи тягового двигателя ток возбуж-
дения, поток и э. д. с. двигателя остаются в первый момент
неизменными, а затем начинают медленно (по сравнению с про-
цессами в цепи якоря) увеличиваться. Отрабатывая это увеличе-
ние в процессе стабилизации тока якоря, управляющее устрой-
ство изменяет коэффициент заполнения до значения Кэ (Х,2<Хз<
<Xi), которое соответствует установившемуся режиму при
новом значении напряжения контактной сети.
Аналогичным образом происходит отработка возмущений и
при рекуперативно-реостатном торможении с той лишь разницей,
что наибольшую опасность в этом режиме представляют скачки
напряжения контактной сети вниз.
Экспериментальные исследования показали, что в самых худ-
ших случаях при 20%-ных скачках напряжения контактной сети
максимальное перерегулирование не превышает 16%, а время ре-
гулирования (время переходного процесса) составляет 0ё08 с,
что говорит о достаточно высоком качестве САР при совмещен-
ном способе регулирования напряжения на якорях и возбуждения
тяговых двигателей
Наблюдения за коммутацией тяговых машин показали, что в
переходных режимах при скачках напряжения до 200 В возникают
небольшие вспышки под частью щетки, что является допустимым
для условий эксплуатации.
Качество переходного процесса может быть улучшено путем
введения дополнительного канала регулирования тока якоря по
возмущению (по напряжению контактной сети).
В процессе стабилизации тока якоря при торможении возни-
кает необходимость в шунтировании нерегулируемой части тор
мозного резистора R6 (R2) (см. рис. 53) при достижении Хт„
тиристорного регулятора ТИР! (ТИР2). При включении тиристо-
ров VS/ (VS2) из цепи якоря практически мгновенно выводится
резистор R6 (R2), сопротивление которого составляет около
90% эквивалентного сопротивления тормозного резистора, так
как регулятор работает с Лт„. Для уменьшения опасного для
тяговых машин и тиристорного регулятора броска тока якоря
в этом режиме необходимо, чтобы датчик тока якоря и фазо-
сдвигающее устройство обладали высоким быстродействием.
Однако оказывается возможным реализовать требуемые по-
казатели качества переходного процесса, не предъявляя высо-
ких требований по быстродействию к узлам автоматического уп-
равляющего устройства. Для этого шунтирование нерегулируемой
части тормозного резистора осуществляют с предварительным по-
нижением уставки тока якоря или коэффициента заполнения регу-
лятора ТИР! (ТИР2).
Разработанное устройство для регулирования напряжения
на якорях тягового двигателя обеспечивает следующие показа-
тели переходного процесса: перерегулирование — не выше 10%.
149
время регулирования — 0,15 с. Процессы регулирования тока в
режимах тяги и торможения поясняются рис. 58, а и б. Для са-
мовозбуждения тяговых машин в режиме торможения при исполь-
зовании импульсного тиристорного регулятора необходимо выпол-
нение дополнительного условия: начальная э. д. с. машины долж-
на быть достаточной для нормального функционирования тирис-
торного ключа.
Использование обмоток подмагничивания для создания не-
обходимой начальной э. д. с. имеет определенные недостатки.
Прежде всего усложняется конструкция машины, и, кроме того,
процесс торможения зависит от наличия напряжения в контакт-
ной сети (момент начала торможения может соответствовать про-
езду вагоном токораздела или срабатыванию зашиты на тяговой
подстанции), поскольку на обмотку подмагничивания подается
высокое напряжение через балластный резистор. Из известных
способов форсирования процесса самовозбуждения наиболее ра-
циональным следует считать способ непосредственной подпитки
обмоток возбуждения от специального маломощного преобразова-
теля (статического подвозбудителя), который питается от вагон-
ной аккумуляторной батареи.
Опытная проверка разработанного устройства для подпитки
обмоток возбуждения на вагонах Ей и Ёир подтвердила высокую
надежность и эффективность такой системы подвозбуждения.
Среднее значение тока подпитки составляет около 10% часового
Рис. 58. Осциллограммы изменения токов в цепях обмоток якорей и возбуждения
одной группы тяговых машин и сети при пуске (а) и торможении (б) вагона Ей
150
тока, что дает возможность осуществлять уверенное электрическое
торможение с импульсным тиристорным регулированием тормозно-
го тока практически до полной остановки поезда (минимальная
скорость начала торможения 5 км/ч).
В режиме рекуперативно-реостатного торможения обмотки воз-
буждения тяговых машин для форсирования возбуждения также
подпитываются от под возбудите! я. Продолжительность включен-
ного состояния тиристора в первый период работы ключа, опреде-
ляющая ток через тиристор, должна быть выбрана в соответст-
вии с минимальным значением напряжения на конденсаторе. Темп
изменения коэффициента заполнения прерывателя и увеличения
напряжения на коммутирующем конденсаторе необходимо согла-
совать.
Максимальные коэффициенты пульсации тока в режимах ре-
куперативно-реостатного и реостатного торможения составляют
соответственно 0,27 и 0,17 при токе якоря примерно 100 А Время
самовозбуждения при скорости начала торможения 25 км/ч до
тока 130 Л равно 1.5 с.
Оценивая процесс самовозбуждения в целом, следует под-
черкнуть следующее: тиристорный прерыватель в процессе само-
возбуждения тяговых машин в режиме рекуперативного торможе-
ния во всем диапазоне скоростей начала торможения работает
устойчиво: времена самовозбуждения машин в режимах оекупера-
тивно-реостатного и реостатного торможения практически совпа-
дают.
Результаты испытаний и эксплуатационные показатели ваго-
нов Ей и Еир. На одном из вагонов пятивагонного состава ос-
циллографировали процессы пуска и торможения, по которым оп-
ределяли динамические показатели поезда. При осциллографиро-
вании фиксировали: токи обмоток якорей и возбуждения тяговых
машин в обеих группах /Я|, /,ц; /.i и /.и, ток сети /, напряжение сети
U, напряжение на обмотке якоря тяговой машины U»i. путь
вагона S и время / протекания процесса. В табл. 21 приведены
результаты обработки осциллограмм в режимах пуска для ско-
ростей вагона 30 и 60 км/ч, при уставке по току якорей 286 А
и напряжении в контактной сети 825 В.
Осцнллографирование процессов пуска производили на по-
рожнем и груженом составах. Имитация номинальной массы груза
9 т на вагон осуществлялась отключением цепей управления од-
ного вагона. Время набора скорости дано с момента появления
тока обмоток якорей. Время с момента перевода рукоятки кон-
троллера машиниста из нулевого положения в ходовые положения
до появления тока обмоток якорей составляет около 1,5 с. Посколь-
ку при имитации массы груза 9 т отключался один вагон, то устав-
ка по току якорей оставалась неизменной, так как авторежим
ное устройство в этом случае не действовало. При т, =9 т устав-
ка по току увеличится примерно на 35 А, что составит около 12%
тока уставки порожнего вагона. В результате этого средние уско-
15*
Таблица 21
Динамические показатели пуска вагонов Еир
Г, с	S. м		/, Л	/.. А	А	•	и, В
			Порожни	d состав			
6	25.4	1.39	580	280	160	0,57	690
17,14	173.5	0.97 О	451 т ключе* с	216 к>ин вагон	70.3	0,33	745
7.46	32,4	1.12	570	270	141	0.52	657
22.81	237,5	0.73	460	213	64	0,31	745
При мечен не В числителе мя скорости движении 30 км/ч, в знаменателе — 60 км/ч
рения должны увеличиться для состава с номинальной нагрузкой
при токе уставки якоря 321 Л и напряжении в контактном рельсе
окаю 825 В и будут составлять:
Скорость, км/ч
Среднее ускорение, м/с
0— 30	30—60
1.35	0,95
При проведении динамических испытаний пуск вагона осу
ществлялся следующим образом: частота работы регуляторов
ТИР1 и ТИР2 сначала плавно в течение 1,5 с увеличивалась со
181 до 354 Гц. За это время скорость нарастала от 0 до 9 км/ч,
затем некоторое время осуществлялся пуск с частотой 354 Гц,
а скорость за это время нарастала до 20 км/ч, а затем вновь
в течение 1.5 с частота снижалась до 181 Гц и оставалась пос-
тоянной до конца пуска. Это делалось для расширения диапазо-
на регулирования прерывателя.
Характеристики вагона (рис. 59> при различных способах
регулирования оказались практически равноценными: ослабление
возбуждения достигает 0,26, а максимальное напряжение на дви-
гателях составляет не менее 98% напряжения сети, что явля-
ется достоинством разработанного регулятора. Время эвакуации
порожнего состава с блок-участка длиной 715 м составляет
40,5 с. для состава с номинальной массой груза 9 т 42.5 с
(время дано по головному вагону без учета длины состава).
Для определения тормозных характеристик состава осцил-
лографировали процессы торможения порожнего состава на гори-
зонтальном участке со скоростей начала торможения 90—30 км/ч.
Результаты обработки осциллограмм приведены в табл. 22, где
указаны следующие величины:
X, —- путь с момента перевода рукоятки контроллера машинис-
та с нулевого на тормозные паюжения до полной остановки
152
Рис 59. Кривые изменения т<жа в цепи обмоток якорей тяговых машин в зависимое
ти от скорости движения вагона:
/—/=181 Гц; 2—1 = 200 Гц; 3—/ = 200 Гц. автоматическое ослабление возбуждения
с выключением регулятора
состава; /т время торможения; Ь\ — замедление с момента пе-
ревода рукоятки контроллера машиниста из нулевого в тормоз-
ные положения до снижения скорости до определенного значения.
Тормозные характеристики состава при рекуперативно-реос-
татном торможении практически совпадали с характеристиками
при реостатном торможении.
Одновременно с испытаниями состава из вагонов Еир про-
водили испытания состава из серийных вагонов Ем с контактор-
но-реостатным управлением. При сравнении зависимостей тормоз-
ных путей от скорости начала торможения для составов из ваго-
Таблица 22
Динамические показатели торможении вагонов Еир
V... км/ч	S,. м	Л.е	bi. м/с*
	Порожний состав		
91,3	260	19.77	1.28
75,0	168.5	15.85	1.32
62.6	106,6	12.5	1.39
52.6	78,4	10,51	1.39
34.0	41,9	9,35	1.01
31.8	40,1	9,17	0,96
Отключен один вагон
90,0	283	21,2	1.18
76.7	222,4	20,4	1.05
64,8	131.9	14,9	1.21
61,2	123,7	14,67	1.16
53.5	105.0	13,68	1.09
34.8	47,5	9,73	0,99
31,4	43.7	9,89	0,88
153
нов Еир и Ем можно сделать следующие выводы: вагоны Ей имеют
по сравнению с серийными вагонами Ем меньшие в 1,5—2 раза
тормозные пути при торможении со скоростей выше 70 км/ч. Это
объясняется тем, что согласно техническим условиям на тяго-
вый двигатель ДК108-А1 торможение со скоростей выше 70 км/ч
автоматическим тормозом не допускается. Торможение при этих
скоростях разрешается только с выдержкой на 2-й и 3-й пози-
циях РК не менее 3—4 с. На скоростях 70—40 км/ч вагоны Ей
и Еир имеют меньшие на 25—30% тормозные пути по сравнению
с вагонами Ем. Это объясняется характером регулирования. При
резисторном торможении средний ток обмотки якоря тяговой ма-
шины для вагонов Ем равен 260 Л и только пики тока (при выводе
резисторов при вращении вала РК) достигают 310 320 А (для
порожнего вагона). Средний ток тяговых машин вагонов Ей при
резисторно-импульсном торможении 300 А. Он поддерживается
таким весь период торможения (от скорости 60 км/ч до полной
остановки). Это позволяет реализовать на вагонах Ен и Еир
большие по сравнению с вагонами Ем примерно на 25—30% тор-
мозные силы и соответственно большие замедления;
при скоростях начала торможения 40 -25 км/ч вагоны Еир
по сравнению с вагонами Ем имеют также меньшие тормозные
пути. Это объясняется тем, что: на вагонах Еир реализуется
большая тормозная сила; время возбуждения тяговых машин на
вагонах Ей н Еир практически не зависит от скорости начала
торможения, а на вагонах Ем это время существенно увеличива-
ется с уменьшением скорости начала торможения.
Исследование нагревания элементов (тиристоров и диодов
преобразователя и фильтровых коммутирующих конденсаторов и
(т. п.) проводили в эксплуатационном и заданном графиках движе-
ния Заданный график движения: средняя скорость движения
43,5 км/ч; длина перегона 1500 м; время разгона 48 с; время
выбега 32 с; время торможения 15 с; стоянка 30 с и цикл рабо-
ты 125 с. Условная масса груза каждого вагона составляла 9 т.
Определяли: эффективный ток обмоток якорей по счетчи-
ку среднего квадратичного тока: удельный расход электроэнер-
гии на тягу; время нахождения якорей тяговых- машин под током
суммирующим секундомером; число пусков и торможения счетчи-
ком импульсов; сопротивление обмоток якорей, дополнительных
полюсов, обмотки последовательного возбуждения, а также об-
моток сглаживающих реакторов и реактора фильтра для расчет-
ного превышения температуры.
Испытания в условиях эксплуатационного графика движения
проводили на Филевской линии метрополитена. Длина участка
14,65 км, количество остановок 12, измерения осуществляли в те-
чение 6,5 ч. По достижении установившейся температуры обмо-
ток тяговых машин измерения были прекращены Результаты ис-
пытаний приведены в табл. 23, 24, а также на рис. 60. При ана-
лизе результатов теплового режима необходимо иметь в виду, что
154
Таблица 23
Элемент гиговой машины	Установившееся превы- шение температуры. *С	
	1 группа	11 группа
Обмотка якоря	60	71
Последовательная обмотка возбуждения	58	61
Дополнительные полюсы	81	83
Коллектор (по игольчатой термопаре)	73	80
Таблица 24
Контролируемый элемент	Максимальное превышение температуры элемента над окружающим воздухом. "С (пи термопарам), при графике движения	
	эксплуата имоишш	таллином
Конденсатор фильтра С,	1»	
Обратный диод VDI:		
первая ветвь	18	21
вторая »	18	24
Индуктивность L7	46	67
Тиристор VS7		
первая яетв».	21	30
вторая »	22	39
Тиристор VS8	26	
первая ветвь		34
вторая »	26	31
третья »	24	31
Разделительный диод VP8	24	34
Шунтирующий диод VDtO	39	41
Шунтирующий тиристор VSI	25	26
Диод перезаряда V Ю	16	24
Перезарядная индуктивность 1Л	76	82
Резистор:		154
R5	91	
R6	79	126
Корпус тяговой машины	34	33
на всех тяговых машинах (по условиям эксплуатации Филевской
линии в зимнее время) стояли заглушки на вентиляционных окнах
Несколько более высокая температура обмотки якоря и кол-
лектора II группы тяговых машин объясняется повышенным (до
295 А против 272 А) значением тока обмотки якоря по сравнению
с током I группы ТЭД.
Контроль превышения температуры главных и вспомогатель-
ных тиристоров, обратных, разделительных, перезарядных и
шунтирующих диодов, тормозных резисторов вели в одном из ре-
гуляторов ТИР
Результаты испытаний в заданном графике движения приве-
дены в табл. 25, а также на рис. 60. Следует иметь в виду, что
155
Рис 60 Кривые изменения температуры на элементах тяговых машин н импульсно-
го прерывателя для эксплуатационного (сплошные липни) и заданного (штрихо-
вые линии) режимов
в заданном графике движения импульсный регулятор, на ко-
тором производились измерения, работал с постоянной частотой
350 Гц при эффективном токе 153 А. Температура окружающей
среды составляла -|-5оС в эксплуатационном графике движения
и 4-15°С—в заданном
На реакторах L2 и L7 (кривые / и 2), а также на реакторе
фильтра LI (кривая 3) установившаяся температура достигну-
та не была как в эксплуатационном, так и заданном графике дви-
жения (рис. 60,а).
156
Таблица 25
Время отправле- ния и прибытия	Длитель- ность по- лурейса, мин	Скирисгь сообще ния. км/ч	Превышение температуры t, *С			
			Тяговая машина 3			
			обмотки якоря	обмотки возбуж- дения по- следом* тсльности	обмотки дополни- тельных полюсов	коллек- тора (по игольча- той тер- мопаре)
3 ч 00 мин			76	46	79	
3 ч 01 мин—3 ч 13 мин	12		78		82,5	—.
3 ч 14 мин—3 ч 26 мин	12	42.4	82	57	88	
3 ч 27 мин—3 ч 39 мин	12		85	59	92	—
3 ч 40 мин 3 ч 52 мин	12		88	64	95	73
Превышение температуры т, *С
Время от правде ния и прибытия	Тяговая машина 4				реак- тора и цепи якорей	ТЯГО- ВЫХ машин	рсак- тора фильт- ра
	обмотки якоря	обмотки после- дова- тельно- го воз- буж де ния	обмотки допол- нитель- ным по ЛИНИН	коллек тора 1 ' иголь- ч атой термо парс)			
3 ч 00 мин	82	51			77	78	38,2
3 ч 01 мин—3 ч 13 мин	84	56	—	—_	83	835	41,2
3 ч 14 мин 3 ч 26 мин	88.5	59.5	—	—	89	89,5	46,2
3 ч 27 мнн—3 ч 39 мнн	90	64	—	——	94	95.5	48
Зч40мии 3 ч 52 мин	95	66	—	75	100	102,5	51
На рис. 60, б показаны зависимости изменения температуры
на обратных диодах 4, а также на главных <5 и вспомогатель-
ных 6 тиристорах в процессе работы в режиме: пуск — выбег
торможение — стоянка пуск; на рис. 60,в — зависимости из-
менения температуры на коммутирующих 7 и фильтровых 8 кон-
денсаторах в процессе работы в режиме — пуск выбег — реос-
татное торможение стоянка—пуск (120 с).
При работе в режиме: пуск — выбег — рекуперативное тор-
можение— стоянка — пуск - нагрев коммутирующих конденса-
торов, а также главных и вспомогательных тиристоров не изменил
ся. а нагрев обратных диодов, реактора фильтра и фильтровых
конденсаторов несколько возрос. Это объясняется тем, что ука-
занные элементы при реостатном торможении отключены, а при
рекуперативно-реостатном торможении включены.
В качестве примера рассмотрим показатели надежности сос-
тава из шести вагонов Ей, который с 1973 по 1976 г. использо-
157
Таблица 26
№ наго- нов	Пробег вагонов за год. км	Количество отказов				Количество иене •приянпстей	контак торного оборудона НИЯ	
		•ентнлей	БСТ-3	БУСТБ. БУТИР	тяговых машин		
						кулачко- вых эле «тентов	прочих
5360	39 116/75 180		-/1	2/-	4/1	5/5	-/3
5361	39 116/75 180	—	1/-	3/1	2/-	2/7	1/2
3078	39 116/75 180	5/1	VI		1/1	10/4	4/2
3079	39 116/75 180	8/2	5/-	-/4	-/1 4/1	-/6	2/4
ЗП80	:» 116/75 180	Н/7	6/1	2/1		2/2	1/2
3105	39 116/75 180		—	з/-	6/2	5/6	2/3
вался для перевозки пассажиров на Филевской линии Москов-
ского метрополитена по графику.
Показатели работы шестивагонного состава Ей в 1975 и
1976 гт. приведены в табл. 26 соответственно в числителе и зна-
менателе. В 1975 г. количество отказов тиристорного оборудо-
вания (блока управления БУТИР и тиристорно-импульсного ре-
гулятора ТИР) и контакторного было примерно одинаковым. Пос-
ле проведенных в 1976 г. доработок системы тиристорно-импульс-
ного регулирования количество отказов полупроводниковых при-
боров сократилось.
Из приведенных данных следует, что наиболее высокие по-
казатели надежности имеет электрооборудование, применяющееся
для импульсного регулирования напряжения (тиристоры, диоды,
конденсаторы и т. п.). Низкие показатели надежности в работе
контакторной аппаратуры объясняются несовершенством исполь-
зованной контакторной аппаратуры.
Удельный расход электроэнергии определили по счетчику и по
осциллограммам как в эксплуатационном, так н заданном графи-
ке движения. Масса груза в вагоне в этом случае была номиналь-
ной (9 т).
В дневном эксплуатационном графике движения при скорос-
ти движения 35 км/ч удельный расход электроэнергии по счет-
чику составил 45,9 Вт-ч/(т-км). Удельный расход электроэнер-
гии в заданном графике движения при скорости движения 42,4
км/ч при измерениях на участке длиной 1500 м и цикле работы
125 с (разгон 48 с, торможение 15 с, выбег 32 с и стоянка 30 с) сос-
тавили: по счетчику 59.8, по осциллограммам 60,8 В-ч/ (т-км).
Сравнительные испытания шестивагонных составов из ваго-
нов Еир и Еж, при которых измеряли расход электроэнергии на
тягу, проводили на перегоне длиной 2100 м со средней скоро-
стью движения 60 км/ч. Время хода обоих составов по перегону
было одинаково и составляло 130 с.
158
Состав Еж массой 195 т работал в режиме резисторного тор-
можения. состав Еир массой 201 т — в режиме следящего реку-
перативно-резисторного торможения. В режиме тяги первым сос-
тавом израсходовано 539,25 кВт-ч. вторым 533,87 кВт-ч Удель-
ные расходы энергии без учета энергии рекуперации были аЕяр =
= 57,5 Вт-ч/(т-км) и «Еж3=59,8 Вт-ч/(т-км). За период испы-
таний составом из вагонов Еир возвращено в сеть 73,44 кВт-ч,
что составляет (Ар/А) 100= (73,44/533,87) 100= 13,8%. Удель-
ный расход электроэнергии для состава из вагонов Еир с учетом
энергии рекуперации а'Еир=49,5 Вт-ч/(т-км).
Снижение удельного расхода электроэнергии состава из
вагонов Еир по сравнению с составом из вагонов ЕжЗ составило
без учета энергии рекуперации 3,8%, с учетом энергии рекупе
рации— 17,3% К. п. д. »|р рекуперации составил 60%.
15.	Вагоны И (81.715, 81.716)
Принципиальная схема электрических цепей. На вагоне И тя-
говые машины ДК-117 соединены в две параллельные группы по
две последовательно .И/, .W.7 и М2. М4 в каждой (рис 61,а).
С помощью тиристорно-импульсных регуляторов напряжения 4 и 5
и токов возбуждения 2 и 3 обеспечивается безреостатный пуск,
реостатное и рекуперативно-реостатное торможение вагона. Пе-
реключения в силовых цепях вагона осуществляются специальным
двухпозиционным аппаратом, имеющим десять силовых кулачко-
вых элементов SP1—SP10. а также восемью электропневма-
тическими контакторами К2- К9 с дугогашением и реверсором с
контактами KS1—KS8. Всего используется двадцать шесть
силовых контактных элементов, не считая главного разъединителя
ГВ и автоматического выключателя KI быстродействующей
защиты.
После подключения силовых цепей вагона к контактной се-
ти и замыкания ГВ включают контактор К2 для заряда фильтро-
вого CI и коммутирующих С.2—С7 конденсаторов Сопротивления
резисторов блока / подзаряда этих конденсаторов подобраны
таким образом, чтобы обеспечить апериодический характер про-
цесса их заряда (/?, = ! 10 Ом; Я2О = 60О Ом; /?17 = 600 Ом;
/?1« = 300 Ом; /?|9=300 Ом; Ли=900 Ом). После заряда кон-
денсаторов, длительность которого не превышает I с, силовые
цепи вагона считаются подготовленными к работе.
В режиме тяги работа силовых цепей осуществляется сле-
дующим образом. При переводе рукоятки контроллера машиниста
из нулевого в одно из трех ходовых положений сначала
переключается двухпознционный аппарат, замыкая свои силовые
контакты SP1. SP4, SP5, SPI0 и размыкая контакты SP2, SP3.
SP6—SP9. При этом силовые цепи остаются обесточенными, так
как контакторы КЗ—К9 отключены. После замыкания указанных
контактов включаются контакторы КЗ, К9, К4, К8 и автоматнчес-
159
темы управления регуляторами подаются управляющие сигналы
на включение главных тиристоров VS22 и VS4 регуляторов
2 и 3 тока возбуждения, а после их включения на тиристоры ре-
гуляторов 4 и 5 напряжения тяговых машин.
160
2) К контактной
сети
vpi
VD2
*2
LIS
V019
то
От грумнП
"тяговык
пашин
0В1
Рис. 61. Принципиальные электрические схемы силовых цепей вагона И:
а общая. б а режиме гиги при регулировании напряжения, в- в режиме тяги при
регулировании тока возбуждения, е—в режиме рекуперативно реостатиого торможения
к группе!
тоговм
-1- пашин


ц



П2!
H22
Для обеспечения необходимой плавности при трогании ваго-
на регуляторы напряжения 4 н 5 начинают работать с минималь-
ным коэффициентом заполнения Zm,„. По мере увеличения
скорости сообщения вагона среднее напряжение, прикладываемое
к тяговым машинам, изменяется от до напряжения, равного
напряжению U в контактной сети, при этом коэффициент
заполнения регуляторов 4 и 5 возрастает от Лтт до единицы
и поддерживается заданное значение тока 1Я в цепи обмоток
каждой группы тяговых машин (при положении рукоятки
контроллера машиниста на позиции «Ход I» /„ = 200 А, «Ход 2»
/. = 300 А и «Ход 3» /. = 400 А).
В процессе изменения напряжения на тяговых машинах регу-
лирование тока возбуждения не осуществляется. Однако главные
тиристоры VS22 н VS4 и разделительные диоды VD21 и VD7
регуляторов 2 и 3 тока возбуждения тяговых машин постоянно
проводят ток, равный току в цепи обмоток якорей соответствующей
группы тяговых машин, что объясняется особенностями построе-
ния схемы регуляторов тока возбуждения. В диапазоне скоростей
до 28—30 км/ч тяговые машины работают с коэффициентом
ртдх ослабления тока возбуждения, несколько меньшим единицы,
так как обмотки возбуждения шунтированы резисторами RI4 и
R4. Сопротивление этих резисторов принято R!4=R4= 1,45 Ом,
6 3.« 1156	|61
чему соответствует pmax=0,94 (при сопротивлении обмоток воз-
буждения ОВ1 и ОВЗ, равном 0,093 Ом).
Для обеспечения работы тяговых машин с р,„4М=1 необходимо
в этом режиме отключать резисторы R14 и R4 от обмоток
возбуждения, но это требует увеличения контактных элементов
и поэтому не применяется На упрощенной схеме вагона для
рассматриваемого режима (рис. 61, б) показаны только те цепи
и элементы, которые обтекаются током в процессе регулирования
напряжения на тяговых машинах при пуске вагона. Тяговые
машины Ml, М3 и М2, М4 соединены последовательно-параллель-
но и подключены через регуляторы 4 и 5 к контактной сети
Регуляторы напряжения 4 и 5 включены по двухфазной схе-
ме с разделяющими реакторами L4 и LI5, что позволяет уд-
воить частоту пульсаций тока в цепях обмоток якорей тяговых
машин по сравнению с частотой работы одного регулятора
(/ = 200 Гц) и соответственно снизить уровень пульсаций
тока. Регуляторы работают с жестким временным сдвигом на пол-
периода собственной частоты. Через каждый регулятор в интер-
вале его проводящего состояния протекает ток, примерно рав-
ный току в цепи одной группы тяговых машин. Выравнивание то-
ков через регуляторы достигается благодаря разделяющим реак-
торам L4 и LI5.
В моменты выключенного состояния регуляторов токи обмо-
ток якорей тяговых машин замыкаются через обратные диоды
VDI VD4 по цепям Ml (М2)—М3 (M4)—OBI (ОВ2) ОВЗ
(OB4)-VD2I (VD7)-VS22 (VS4) 1.15 (L4)-VD2 (VD4) —
VDI (VD3)—Ml (М2). Когда коэффициент заполнения регу-
ляторов 4 и 5 становится близким к единице, подается коман-
да на включение контактора Кб, который шунтирует эти регуля-
торы и реакторы L4 и L15. Затем в работу вступают регуля-
торы 2 и 3 тока возбуждения.
В схеме силовых цепей вагона для режима регулирования
возбуждения в процессе пуска (рис 61, а) используются ком-
бинированные последовательно-параллельные регуляторы 2 и 3
тока возбуждения, включенные по однофазной схеме и работа-
ющие каждый с частотой / = 200 Гц. С помощью регуляторов
путем уменьшения коэффициента ослабления возбуждения от
до Ряип в процессе увеличения скорости движения ваго-
на поддерживается заданное значение тока /, в цепях обмоток
якорей тяговых машин. При достижении минимального по услови-
ям надежной работы тяговых машин коэффициента 0т1„ регулято-
ры 2 и 3 продолжают работать с фиксированным коэффициентом
заполнения, а тяговые машины разгоняются по характеристике
предельно ослабленного возбуждения (0 = 0„,.„). Индуктивного
шунта в цепях нет, для обеспечения безаварийной работы
тяговых машин в переходных режимах используются регуляторы
тока возбуждения.
162
Отключение тягового режима и разбор силовых цепей осу-
ществляются после перевода рукоятки контроллера машиниста в
нулевое положение. Первым отключаются контакторы К4 и
К8 н в цепь обмоток тяговых машин вводятся резисторы
R2 и RI6 сопротивлением 1,425 Ом каждый. С выдержкой вре-
мени по отношению к контакторам К4 и К8 отключаются контак-
торы КЗ и К9 и автоматический выключатель KI. При экстренном
отключении, когда рукоятка контроллера машиниста переводится
из положения «Ход» в положение «Тормоз», отключение тяго-
вых машин от контактной сети осуществляется без выдержки
времени.
Электрическое торможение вагона осуществляется следующим
образом. В этом режиме силовые контакты переключателя
SP2, SP3, SP6—SP9 замкнуты, a SPI, SP4. SPS и SPIO разомкну-
ты, контакторы КЗ, К9 и автоматический выключатель
KI включены. Упрощенная схема силовых цепей для режима реку-
перативного торможения поясняется рис. 61, г.
Для ускорения и стабилизации процесса самовозбуждения
гяговых машин предусмотрена подпитка их обмоток возбуждения
от контактной сети через блок / и перекрестное соединение об-
моток якорей и возбуждения тяговых машин, входящих в раз-
личные группы. Процесс самовозбуждения тяговых машин осу-
ществляется при работающих регуляторах напряжения (4 и
5) и тока возбуждения (2 и <?), причем у этих регуляторов
открыты только главные тиристоры VS22 (VS4) и VSI5—
VSI8 (VS7—VS1O). Такая работа регуляторов допустима, так
как их коммутирующие конденсаторы заряжаются через главные
тиристоры от контактной сети до напряжения U и в любой
момент главные тиристоры могут быть отключены. Включение
только главных тиристоров регуляторов способствует форси-
рованию процесса самовозбуждения; так, тяговые машины воз-
буждаются при практически полном возбуждении (pmex=0,94)
и из контуров самовозбуждения исключены зашунтированные
главными тиристорами VSI5—VS18 и VS7—VSI0 тормозные ре-
зисторы RI1 и R8 Самовозбуждение тяговых машин осуществля-
ется по цепям: М1—(0В2—ОВ4), шунтированные R4.— VD7—
VS4—L4—L5- цепь (R6—L7—VS10—VS9), шунтированная
цепью (R7—L6—VS8—VS7), A-5-R16-МЗ-М1 и М2
(ОВ!—ОВЗ), шунтнровочные RI4,—VD2I—VS22—LI5—LI2—
цепь (RIO—LI4—VSI8—VS17), шунтированная цепью (R9—
L13—VSI5—VS16), A—B—R2 М4-М2.
В процессе самовозбуждения тяговых машин их э. д. с. и
токи в указанных контурах нарастают с темпом, определяемым
скоростью начала торможения. При достижении током в цепи об-
моток якорей одной группы тяговых машин значения уставки
главные тиристоры регуляторов напряжения отключаются (от сис-
темы управления поступают импульсы на включение вспомога-
тельных тиристоров VS13, VS14 и VSH, VSI2, с помощью ко-
6*	163
торых к главным тиристорам подключаются коммутирующие кон-
денсаторы СЗ—С6, что приводит к отключению главных тиристо-
ров). Цепь через регуляторы 4 и 5 напряжения прерывается, и
в импульсном режиме начинают работать регуляторы 2 и 3 тока
возбуждения, изменяя ток возбуждения таким образом, чтобы
уравнять напряжения на выходе силовых цепей вагона и в кон-
тактной сети. В результате этого реализуется режим рекупера-
тивного торможения, при котором токи замыкаются по следующим
цепям: Ml — (ОВ2—ОВ4)—3—L4—VD4—VD3—L1—контактная
сеть — ЗУМ—A —B—R16—М3—М/ и М2—(OBI—ОВЗ)— 2—
LI5—VD2—VDI—LI контактная сеть — ЗУМ—А—В—R2—
М4 М2. В этом режиме тяговые машины отдают электрическую
энергию в контактную сеть, причем ток, поступающий в контакт-
ную сеть, равен сумме токов в группах тяговых машин. Для обес-
печения эффективного торможения, в процессе которого реа-
лизуются требуемые тормозные пути вагона, максимальные нап-
ряжения на тяговых машинах составляют примерно 1500 В
(750 В на одну тяговую машину) и значительно превышают
напряжение в контактной сети. Для согласования этих напряже-
ний предусмотрены резисторы R2 и RI6, падение напряжения
на них примерно равно разности между максимальным напряже-
нием на двух последовательно соединенных тяговых машинах
и напряжением в контактной сети.
Таким образом, в диапазоне скоростей торможения
100 30 км/ч, при которых напряжение на тяговых машинах
превышает напряжение сети, фактически реализуется рекупера-
тивно-реостатное торможение вагона. Только рекуперативное
торможение в этом диапазоне скоростей осуществить невозмож-
но, так как в таком случае значительно увеличатся тормозные
пути, так как тормозная сила снизится из-за уменьшения на-
пряжения групп тяговых машин до уровня напряжения в
контактной сети. В процессе торможения по мере снижения
скорости вагона регуляторами тока возбуждения изменяется
коэффициент ослабления возбуждения от pmj„ = 0,48 до р,пах=0,94.
Регулирование коэффициента р осуществляют в диапазоне
скоростей от 100 до 60—65 км/ч при поддержании уставки
по току в цепи обмоток якорей каждой группы тяговых машин
в положении рукоятки контроллера машиниста «Тормоз 3»—
400 А; «Тормоз 2»—300 А и «Тормоз 1»—100 А. При
уменьшении скорости движения вагона ниже 60 65 км/ч в ра-
боту вступают регуляторы напряжения 4 и 5, а регуляторы тока
возбуждения 2 и 3 переходят от импульсного режима к режиму,
при котором постоянно включены тиристоры VS4. VS22 и диоды
VD2I, VD7.
В процессе работы регуляторов напряжения 4 и 5 реализуется
процесс импульсного рекуперативно-реостатного торможения, при
котором одну часть периода тяговые машины через регуляторы
4 и 5 замкнуты на резисторы R2 и RI6 и не связаны с контакт-
164
ной сетью, а другую часть периода тяговые машины через
диоды VDl VD4 и /./-С/-фильтр подключаются к контактной
сети, осуществляя рекуперацию энергии. В этом режиме об-
разуются следующие контуры замыкания токов: в интервале
периода, когда регуляторы 4 и 5 находятся в проводящем
состоянии, М/ (М2) — ОВ2 (ОВ1)—ОВ4 (OB3) — VD7 (VD2I) —
VS4 (VS22)—L4 (L15)—4 (5) A-B-RI6 (R2)—M3 (M4) —
Ml (М2) и в интервале периода, когда регуляторы 4 и .5 нахо-
дятся в непроводящем состоянии. Ml (М2)—ОВ2 (OBI)- 0В4
(OB3)-VD7 (VD21)—VS4 (VS22)-L4 (LI5) VD4 (VD2)—
VD3 (VDl)— no параллельным цепям LI— контактная сеть и
Cl—А—Б—RI6 (R2)—M3 (М4)—М1 (М2).
По мере снижения скорости движения вагона коэффици-
ент заполнения регуляторов напряжения 4 и 5 увеличивается
и при скорости примерно 30 км/ч достигает значения, близкого
к единице. Для осуществления импульсного рекуперативного
торможения при более низких скоростях резисторы R16 и R2
шунтируют контакторами КЗ и К4, а коэффициент заполнения
регуляторов 4 и 5 уменьшают до значения, при котором
обеспечивается поддержание тока в цепях тяговых машин на уров-
не уставки. Рекуперативное торможение осуществляется до ско-
ростей 6—8 км/ч путем увеличения коэффициента заполнения
регуляторов с поддержанием тока на заданном уровне.
В процессе рекуперативно-реостатного торможения осуще-
ствляется контроль за средним напряжением на фильтровом кон-
денсаторе С1, которое нс должно превышать установленного уров-
ня (ограниченного напряжением контактной сети в режиме холо-
стого хода, равным 975 В). В случаях когда полного потребления
рекуперируемой энергии не происходит и напряжение на фильтре
начинает превышать допустимое, с частотой работы регуляторов
4 и 5 напряжения включаются тиристоры VS5, VS6, VSI9,
VS20, управляющие импульсы на которые поступают с управля-
емой задержкой по отношению к моментам выключения регулято-
ров 4 и 5. Тиристоры VS5, VS6 и VSI9, VS20 выключают-
ся одновременно с выключением тиристоров регуляторов 4 и 5
напряжения. Благодаря уменьшению относительной длительности
выключенного состояния тиристоров VS5, У56 (VS19, VS20)
осуществляется стабилизация напряжения на фильтровом конден-
саторе при ограниченном потреблении рекуперируемой энергии.
Если потребитель рекуперируемой энергии полностью отсутству-
ет. то указанные тиристоры работают с максимальным коэф-
фициентом заполнения, включаясь непосредственно после выклю-
чения регуляторов 4 и 5 и по достижении на коммутиру-
ших конденсаторах напряжения 50 100 В с полярностью, указан-
ной на рис. 61, а. В этом случае осуществляется режим
реостатного торможения, переход к которому от рекуперативного
торможения осуществляется автоматически без каких-либо брос-
ков тока.
6В Зак 1156
165
Режим следящего рекуперативно-реостатного торможения поз-
воляет при сохранении эффективности торможения обеспечить
бесконтактный переход от рекуперативного торможения к реос-
татному и наоборот. На вагоне предусмотрено осуществление и
реостатного торможения, при котором контакторы Л'7 и К5
замкнуты, а автоматический выключатель KI отключен. В этом
случае тормозные резисторы разбиты на две части R16 (R2)
и RII (R8), сопротивление резисторов RII (R8) составляет
/?н = /?в = 2 Ом. Параллельно резисторам RH и R8 включены
регуляторы 4 и 5, которыми регулируется эквивалентное сопро-
тивление этих резисторов. Средняя точка между резисторами
RI6 (R2) и Rll (R8) заземлена, благодаря чему обеспечива-
ется ограничение потенциала любой машины по отношению к
точке А на допустимом уровне.
При реостатном торможении шунтирование нерегулируемой
части тормозного резистора RI6 (R2) осуществляется при сниже-
нии скорости вагона до 30 км/ч и коэффициенте заполнения ре
гуляторов 4 и 5, близком к единице. Одновременно со
срабатыванием контакторов К8 и К4 для сохранения токов в це-
пях обмоток тяговых машин на заданном уровне коэффициент
заполнения регуляторов 4 и 5 уменьшается.
Регуляторы напряжения. В схеме силовых цепей вагона в
качестве регуляторов напряжения 4 и 5 используются двухопе-
рационные прерыватели с параллельно-емкостной коммутацией.
Каждый из них состоит из главных тиристоров VS15—VSI8
(VS7—VSI0). вспомогательных тиристоров VS13, VSI4 (VS1I,
VS12), перезарядных диодов VDI4, VDI5 (VDI2, VDI3).
перезарядных реакторов Lil. LI3 и L14 (L6—L8), коммути-
рующих конденсаторов С5, С6, (СЗ. С4) делителей тока
R9. RIO (R6. R7) и дополнительного реактора LI2 (L5),
шунтированного диодами VD16. VDI7 (VDIO, VDII) (см. рис.
бГ а).
В процессе пуска вагона регуляторы работают следующим об-
разом От системы управления регуляторами управляющие им-
пульсы с частотой / = 200 Гц поступают на вспомогательные
тиристоры VS13. VS14, например, регулятора напряжения
5 и по цепи: контактная сеть—LI—Ml—М3—К8—(OBI—
ОВЗ), шунтированные RI4,— VD2I — VS22—L15—LI2—па-
раллельно включенные (R10—С5) и (R9—С6)—LI0—VSI3—
VSI4—ЗУМ осуществляется заряд коммутирующих конденсато-
ров С5 и С6 до напряжения контактной сети (импульсы
на включение главных тиристоров регуляторов тока возбужде-
ния поступают одновременно с управляющими импульсами на
вспомогательные тиристоры регуляторов напряжения). С неболь-
шой выдержкой времени (0,14-0,3 с) управляющие импульсы
с частотой 200 Гц начинают поступать на главные тиристоры
VS15—VSI8, которые работают с минимальной в интервале пери-
ода длительностью тга1П включенного состояния, зависящей от пара-
166
метров контура колебательного перезаряда коммутирующих кон-
денсаторов С5—Сб от + Ue (с полярностью, указанной на
рис. 61, а) до—Uc (с полярностью, указанной в скобках)
и равной тт(л>/п, где t„ полупериод собственных колеба-
ний указанного контура (Cs=C5=50 мкФ; Ьц= Ln = L\\ =
= 40 мкГн).
В случае невыполнения приведенного неравенства коммутиру-
ющие конденсаторы не успеют перезарядиться до требуемого
напряжения, что приведет к срыву регулирования, так как не
будет обеспечено отключение главных тиристоров. При работе
главных тиристоров с длительностью ти(11 включенного состояния
их выключение осуществляется в момент окончания перезаряда
коммутирующих конденсаторов. В этот момент времени включа-
ются вспомогательные тиристоры VSI3, VSI4, что обеспечивается
фиксированным смещением управляющих импульсов на вспомога-
тельные тиристоры на время тт|П по отношению к управляющим
импульсам на главные тиристоры, которые являются опорными,
и к главным тиристорам подключаются коммутирующие конден-
саторы. Ток через главные тиристоры уменьшается до нуля и к ним
прикладывается отрицательное напряжение.
Коммутирующие конденсаторы Сб—С5 током I», протекающим
по цепи обмоток тяговых машин, перезаряжаются (контактная
сеть—Ml—М3—OBI—ОВЗ—\'S22 L15—коммутирующие кон-
денсаторы — VSI3— VSI4—ЗУМ) за время /гердо исходной поляр-
ности. показанной на рис. 61,а без скобок.
При достижении напряжения на коммутирующих конденса-
торах, равного напряжению на фильтровом конденсаторе С/ начи-
нают проводить ток обратные диоды VDI. VD2 и происходит
дозаряд коммутирующих конденсаторов до напряжения, превы-
шающего напряжение в контактной сети на Л1/ = /яуг£ю/С«,
где С. емкость двух параллельно включенных конденсаторов
С5 и Сб. В рассматриваемом режиме работы регулятора
к цепи тяговых машин в интервале периода в течение времени
Тиш прикладывается напряжение U контактной сети и в
течение времени tatv суммарное напряжение контактной сети
и коммутирующих конденсаторов, которые и определяют среднее
минимальное напряжение на нагрузке. По мере увеличения
скорости движения вагона длительность включенного состояния
главных тиристоров увеличивается от тт1П до тт1», а следо-
вательно, увеличивается и коэффициент заполнения регулятора
напряжения. Это обеспечивается благодаря смещению управля-
ющих импульсов на вспомогательные тиристоры по отноше-
нию к управляющим импульсам на главные тиристоры в функ-
ции сигнала рассогласования текущего значения тока с
заданным в цепи одной из групп тяговых машин.
Значение т„„ в этом регуляторе также ограничено и не
должно превышать тт„<Г— taef. При длительности т„а, вклю-
ченного состояния главных тиристоров среднее напряжение,
6В	167
прикладываемое к цепи тяговых машин, будет примерно рав-
но напряжению в контактной сети, причем в течение времени
тгав, к цепи тяговых машин приложено напряжение U контакт-
ной сети, а в течение времени /пер—суммарное напряжение
контактной сети и на коммутирующих конденсаторах. В интервале
времени /пс(1 среднее напряжение на нагрузке примерно равно
U, т. е. в момент выключения главных тиристоров к цепи нагруз-
ки приложено повышенное напряжение U + Uf, несколько превы-
шающее 2U, а при окончании заряда коммутирующих конден-
саторов это напряжение равно нулю.
В случае превышения тгаак сокращается время на подготовку
коммутирующих конденсаторов, что может привести к срыву
регулирования. Чтобы этого не допустить, значение тт„ фиксиру-
ется системой управления регуляторами в соответствии с указан-
ным неравенством. Значение /„»₽ обратно пропорционально току
/я, поэтому в зависимости от тока уставки в цепи
обмоток тяговых машин необходимо корректировать допусти-
мое значение т,П11. Для упрощения системы управления рас-
сматриваемого регулятора ттвх независимо от тока уставки
ограничивается значением, которое на время taef при минималь-
ном токе уставки меньше периода. В этом случае при работе
на минимальной уставке по току и достижении тт„ коэффици-
ент заполнения регулятора будет равен единице и шунтиро-
вание регулятора не приведет к каким-либо броскам тока.
При работе на больших уставках при т=тт„ коэффициент
заполнения регулятора меньше единицы и, чтобы нс допустить зна-
чительного броска тока в цепи обмоток якорей тяговых ма-
шин, приходится несколько снижать ток перед шунтированием
регуляторов.
Через главные тиристоры регулятора в интервале каждого
периода в течение времени тт|П«Ст<тт,х протекает ток цепи
обмоток якорей тяговых машин одной группы и в течение
времени /„ дополнительно ток колебательного перезаряда ком-
мутирующих конденсаторов. Главные тиристоры включены в две
параллельные группы. Для того чтобы обеспечить высокую доб-
ротность перезарядного контура и исключить из него делители
тока R9 и RIO (Rg= /?ю=0,023 Ом), коммутирующие конден-
саторы также разделены на две группы по числу параллельных
ветвей главных тиристоров. Каждый конденсатор С5 и С6
подключен к соответствующей цепи главных тиристоров и его
перезаряд осуществляется, минуя делители.
В режиме пуска тяговых машин дополнительный реактор
L12 полезного участия в работе регулятора не принимает
и практически постоянно обтекается током, который при отклю-
ченном регуляторе замыкается через диоды 1'0/7 и VDI6.
В режиме электрического торможения тяговых машин работа
регуляторов 4 и 5 напряжения во многом сходна с их
работой при пуске тяговых машин, хотя имеются и некото-
168
рые отличия. В начальный момент торможения управ-
ляющие импульсы с частотой 200 Гц подаются на главные
тиристоры, в результате образуется контур для самовозбуж-
дения тяговых машин (см. с. 163) и создается цепь для
заряда коммутирующих конденсаторов от контактной сети: кон-
тактная сеть — К2- VD24—R12— коммутирующие конденса-
торы ЗУЛ1 с полярностью, указанной на рис. 61, а в скобках.
После завершения процесса самовозбуждения и увеличения
тока в цепи обмоток якорей до тока уставки с частотой
200 Гц подаются импульсы на вспомогательные тиристоры
VS13. VSI4, что приводит к выключению главных тиристоров,
к которым в течение времени	приложено отрицательное
напряжение, равное напряжению на коммутирующих конденсато-
рах. Эти конденсаторы перезаряжаются током нагрузки по
цепи Ml—ОВ2—ОВ4—VD7—VS4—LI5—LI2— коммутирующие
конденсаторы — LI0—VSI3—VS14—A — B—RI6 -М3—Ml до на-
пряжения, равного напряжению в контактной сети. При пре-
вышении этого напряжения включаются диоды VD2, VDI
и энергия от тяговых машин рекуперируется в контактную
сеть, а коммутирующие конденсаторы оказываются с ней жест-
ко связаны, что и ограничивает предельное значение напря-
жения при их заряде.
В режиме реостатного торможения при замкнутых контактах
К7 и К5 напряжение, до которого заряжаются коммути-
рующие конденсаторы, ограничивается падением напряжения
на резисторе RII (R8) при протекании по нему тока /,.
В этом режиме при выключении главных тиристоров коммути-
рующие конденсаторы, помимо указанного выше контура,
перезаряжаются по цепи резистора RI1, последовательно с
которым включен дополнительный реактор L12, что позволяет
обеспечить требуемое время приложения отрицательного напряже-
ния к главным тиристорам. При рекуперативно-реостатном тор-
можении реактор 1.12 полезных функций не выполняет.
Регуляторы 4 и 5 напряжения выполнены на тиристорах
ТБ630 и диодах В320. В каждом регуляторе напряжения
установлено:
Тиристоры
главные VSI5—VSI8	4
вспомогательные VSI3, VSH	2
Диоды:
перезаряда VDI5, VDI4	2
дополнительные VDI6. VDI7	2
обратные VDI. VD2	2
Итого: тиристоры	6
диоды	б
В качестве коммутирующих конденсаторов С6 и С.5 использу-
ются конденсаторы емкостью Ce=Cs=50 мкФ. Реакторы LI0—
L12 выполнены из медной шины без стальных сердечников
169
Регуляторы тока возбуждения В схеме силовых цепей вагона
используются в качестве регуляторов тока возбуждения комби-
нированные прерыватели 2 и 3 с параллельно-емкостной коммута-
цией (см. рис. 61.а), каждый из которых состоит из: главных
тиристоров VS22 (VS4), включенных в силовую цепь тяговых
машин последовательно с обмотками возбуждения; шунтирующих
тиристоров VS21 (VS3), с помощью которых к цепи из последова-
тельно соединенных обмоток возбуждения ОВ!. ОВЗ (ОВ2, ОВ4)
и резистора RI3 (R5) параллельно подключается резистор RI5
(R3): разделительных диодов VD2I (VD7) и VD20 (VD6), предот-
вращающих разряд коммутирующего конденсатора С7 (С2) по
цепи обмоток возбуждения; перезарядных диодов VDI8. VD19
(VD8, VD9) и реакторов LI7, LI8 (L2. L3).
В процессе пуска вагона регуляторы тока возбуждения ра-
ботают следующим образом. При регулировании напряжения на
тяговых машинах (при изменении скорости движения вагона от ну-
ля до 28—30 км/ч) на тиристоры VS22, VS4 от системы управления
поступают управляющие импульсы с частотой 200 Гц, и эти тирис-
торы постоянно включены. Тем самым обеспечивается работа
тяговых машин с максимальным коэффициентом ослабления воз-
буждения рт„= /?и/(₽. + /?ц), где /?. — сопротивление обмоток
возбуждения OBI и ОВЗ. В этот интервал времени, который
составляет 7,5—9 с, коммутирующий конденсатор С7 заряжается
до напряжения 200—250 В через резистор R18 и разделительный
диод VD22 от делителя, состоящего из последовательно вклю-
ченных резисторов R20 и RI9, параллельно последнему из кото-
рых через OBI, ОВЗ и VD2I включен резистор RI7. Делитель
подключен к контактной сети через разделительный диод VD24
и включенные тиристор VS22 и регулятор напряжения 5. От анало-
гичного делителя (на рис. 61,а не показан) осуществляется за-
ряд коммутирующего конденсатора С2. Коммутирующие конден-
саторы заряжаются в интервалы включенного состояния регуля-
торов 4 и 5.
Одновременное замыканием контактора Кб на тиристоры VS2!
(VS<3) от системы управления регулятором 2 (3) начинают
поступать управляющие импульсы с частотой 200 Гц, смещенные
по отношению к управляющим импульсам главных тиристоров
на регулируемый интервал времени. Работа регулятора возбужде-
ния построена таким образом, что при включении одного из его
тиристоров VS2I или VS22) другой (VS22 или VS21) выключает-
ся. одновременно тиристоры VS2I и VS22 в проводящем состоя-
нии находиться не могут (за исключением кратковременного про-
цесса при выключении тиристоров). В результате одну часть t„
каждого периода включен тиристор VS22 и обмотки возбуждения
зашунтированы резистором RI4, а другую /Ш = Г—t„— тиристор
VS21 и последовательно и параллельно обмоткам возбуждения
включены резисторы RI3 и RI5 сопротивлением /?|3 = /?5=
= 0,915 Ом и /?|5 = /?з=0,189 Ом.
170
Если считать относительную длительность включенного состо-
яния тиристора VS22 равной коэффициенту заполнения X регуля-
тора возбуждения 2, т. е. t„/TX, то по мере уменьшения X от I до
Xmjn эквивалентное сопротивление в последовательной цепи обмо-
ток возбуждения возрастает, а в параллельной — уменьшается.
Это приводит к тому, что большая часть тока /. протекает по шун-
тирующим цепям (резисторам RI4 и RI5), минуя обмотки возбуж-
дения. Минимальный коэффициент ослабления возбуждения
может быть получен при Х = 0, т. е. при постоянно включенном
тиристоре VS2I. В этом случае
о _ _______*i«*is^(*u+*is)___________	0 ,-
Р1"'"	*.+ *14(»14 + *1з)/(*1з + *1« + *1б) ~ •'°-
Однако регулятор тока возбуждения работает с коэффициен-
том заполнения Х>0, что позволяет обеспечить требуемое зна-
чение минимального коэффициента ослабления возбуждения на
уровне 0,28. При работе регулятора пульсации тока возбуждения
по отношению к среднему значению за период достаточно велики,
так как обмотки возбуждения зашунтированы резистором.
Если для упрощения пренебречь индуктивностью обмоток возбуж-
дения, то зависимость Р(Х) будет линейной (рис. 62, прямая /):
3-й«.Х+ряи,(»-Х).
В действительности с учетом индуктивности обмоток возбужде-
ния значения коэффициента р можно определить в диапазоне меж-
ду прямой / и кривой 2, построенной на основании предположения,
что в интервале периода токи обмоток якорей и возбуждения тяго-
вых машин не пульсируют:
„__	*1^ + *~ *)/ (*	* i4+ * is)___
*. + *,4» *i«(*is+ *•«)<' -М/(*|з+ *|4+*|5) ‘
Следует отметить, что в реализуемом диапазоне изменения ко-
эффициента р (0,94^-0,28) зависимость Р(Х) близка к линейной,
что обеспечивается введением последовательно с обмотками воз-
буждения резистора R13, наличие которого позволяет также полу-
чить минимальный коэффициент ослабления возбуждения рт,„ =
= 0,28, который реализуется при Х = 0,15. При указанном коэффи-
циенте заполнения эквивалентное сопротивление цепи обмоток воз-
буждения составляет 0,15 Ом, что практически в 6 раз выше со-
противления цепи обмоток возбуждения тех же тяговых машин на
серийном вагоне 81.717 с контакторным ослаблением возбужде-
ния при р = 0,28.
Повышение сопротивления цепи обмоток возбуждения, вызван-
ное особенностями построения схемы регулятора тока возбужде-
ния, обусловливает дополнительное падение напряжения в этой
171
цепи и, как следствие, недоис-
пользование напряжения кон-
тактной сети при работе тяго-
вых машин на характеристике
ослабленного возбуждения при-
мерно на 5%.
Рассмотрим более подробно
процесс выключения тиристо-
ров VS22 и VS2I. При поступле-
нии очередного управляющего
импульса на тиристор VS2I он
переходит в проводящее состоя-
ние и подключает предвари-
тельно заряженный с полярно-
стью, указанной на рис. 61, а,
коммутирующий конденсатор
С7 к тиристору VS22, который
до этого момента проводил ток,
равный току 1Я. В результате
ток через тиристор VS22 умень-
шается до нуля, тиристор вы-
Рис. 62. Зависимость коэффициента
ослабления возбуждения от коэффици
ента запил нения регулятора тока воз
Суждения
ключается н к нему прикладывается отрицательное напряжение
коммутирующего конденсатора С7, который перезаряжает-
ся по колебательному контуру С7 — VS21 —VD19 — LI7 С7 до
напряжения противоположной полярности. Затем через диод
VD21 происходит дозаряд коммутирующего конденсатора до на-
пряжения, равного падению напряжения на резисторе RI3, ток
через этот конденсатор уменьшается до нуля и он оказы-
вается подготовленным для выключения тиристора VS2I. Этот
тиристор выключается аналогичным образом после включения ти-
ристора VS22. В этом случае коммутирующий конденсатор заря-
жается до напряжения, равного падению напряжения на резисторе
RI4
Регуляторы тока возбуждения выполнены на тиристорах ТБ630
и диодах В320. В каждом регуляторе установлено по одному глав-
ному и шунтирующему тиристору и по два разделительных и пере-
зарядных диода. Емкость коммутирующего конденсатора С? =
==200мкФ, реакторы выполнены из медной шины без стального
сердечника. Индуктивность каждого реактора составляет 40 мкГн.
По сравнению с регуляторами напряжения в регуляторах тока
возбуждения полупроводниковые приборы работают при значи-
тельно больших средних токах нагрузки Так, если регулятор на-
пряжения функционирует втяговом режиме при разгоне до 80 км/ч
всего 7,5 — 9 с, то регулятор возбуждения — 33 35 с. Кроме того,
в интервале 7.5 9 с тиристоры VSI5 - VS18 регулятора напряже-
ния работают при токе /, с изменяющимся коэффициентом запол-
нения от Xmln до Хга„=0,9, а главный тиристор VS22 регулятора
тока возбуждения в этом отрезке времени работает с-Х= I при том
же токе /,. после чего в течение 22—25 с — с изменяющимся
коэффициентом заполнения от единицы до Хий.
172
Работа регулятора тока возбуждения в тяговом и тормозном
режимах работы вагона отличается только алгоритмом управле-
ния. В тормозных режимах в процесеснижения скорости движения
нагона коэффициент заполнения регулятора увеличивается от ми-
нимального значения до единицы, а в тяговом — в процессе увели-
чения скорости уменьшается от единицы до минимального значе-
ния. В тормозном режиме работа регулятора обеспечивается толь-
ко в том случае, если имеется напряжение в контактной сети, от ко-
торой происходит предварительный заряд коммутирующих кон-
денсаторов С2 и С7.
Защита электрооборудования вагона в аварийных режимах.
Защита цепей тяговых машин осуществляется двумя реле пере-
грузки, катушки которых включены в цепи обмоток якорей первой
и второй групп тяговых машин, быстродействующим автомати-
ческим выключателем KI и быстродействующим плавким предох-
ранителем FI (см. рис. 61. а). В тормозном режиме при перегруз-
ках принудительно уменьшают ток возбуждения. Для этого вклю-
чают тиристоры VS1 и VS2, что приводит к постепенному уменьше-
нию тока в обмотках возбуждения, шунтированных резисторами
R14 или R4 В схеме предусмотрена дифференциальная защита и
защита от боксовання и юза колес вагона. Последняя построена на
быстродействующем реле, катушка которого включена между об-
щими точками соединения обмоток якорей тяговых машин Ml. М3
и М2. М4. При изменении разности потенциалов между точками
подключения этого реле выдается команда на отключение контак-
торов. Защита полупроводниковых приборов осуществляется ука-
занными выше средствами. Кроме того, регуляторы подключают по
отношению к контактной сети через обмотки тяговых машин, со-
противление которых ограничивает предельные токи при срывах
регулирования.
Показатели массы электрооборудования. Эти показатели для
вагонов И и 81.717 приведены в табл. 27. Повышенные показатели
массы электрооборудования вагона И с импульсным регулирова-
нием напряжения и тока объясняются следующим. Схема вагона
была разработана с большим числом контакторных аппаратов; ре-
акторы. используемые в регуляторах для уменьшения потерь, были
изготовлены из меди. Кроме того, для уменьшения пульсаций тока
в контактной сети с целью предотвращения мешающего влияния
на систему АРС пришлось использовать входной фильтр
(2000 мкФ и 6,2 мГн), имеющий значительные массо-габаритные
показатели.
Увеличение массы электрооборудования вагона И примерно на
600 кг снижает почти на 2% экономию энергии от использования
системы импульсного регулирования напряжения и тока возбужде-
ния тяговых машин в режимах тяги и следящего рекуперативно-
реостатного торможения.
Результаты испытаний. Тягово-энергетические испытания трех-
и шестивагонного поездов проводились в 1983 г. на Горьковской
линии Московского метрополитена. Поезд компоновался из двух
173
Таблица 27
Наименование мектрооборудования	Масса электрооборудования, кг. для вагона	
	81.717	И
Тяговые электродвигатели ДК-И7	750.4 = 3000	750-4 = 3000
Яшин с линейными контакторами	247,5	206-2=412
Электропиевматический реверсор	106	—
Индуктивный шунт	135	—
Комплект пускотормозных резисторов Яшин резисторов для регулирования тока	53-8 = 424	53-7 = 371
возбуждении	36	36
Групповой реостатный контроллер	253	—
Групповой переключатель положений	238	194.5
Яшик с реле ЯР-13И	120	127
Блок питания собственных нужд	320	320
Яшик с контакторами ЯК-37Д	78	81.
Ящик с реле ЯР-27А	29.5	127
Регулятор тиристорный РТ-300	142	—
Ящик с резисторами ЯС-441	29.5	76
Автомат быстродействующей защиты ЯК-39	—	106
Ящик с резисторами ЯС-44В	29.5	•
Панель резисторов ПС-80АУЗ	10.9	—-
Регулятор тока возбуждения	—	56
Регулятор напряжения	—	150
Реактор фильтра	—	310
Реактор фазный	—	2X150 = 300
Блок перезарядных реакторов	—	87
Блок конденсаторов	—	200
Аккумуляторная батарея	340	170
Итого	5538	6128.5
головных вагонов И (81.715) и промежуточных (81.716). Проме-
жуточные вагоны не имеют кабины машиниста, но они снабжены
необходимой контрольно-измерительной аппаратурой и пультом
для проведения индивидуальных маневровых работ на парковых
путях депо. Максимальная масса груза вагонов в процессе испыта-
ний составляла на головном вагоне 22,7 т, на промежуточном —
24,7 т при одинаковой суммарной массе каждого вагона 54,7 т. По-
казатели динамики разгона и торможения определяли при макси-
мальной загрузке вагонов, причем время /Р разгона и время I,
торможения, а также ускорения а или замедления b определяли с
момента перевода рукоятки контроллера машиниста из нулевого
положения в положения «Ход 3> или «Тормоз 3>, при котором
и осуществлялся заданный режим движения. Экспериментально
установлено, что время сбора силовых цепей вагона с момента пе-
ревода рукоятки контроллера машиниста из нулевого положения
до появления тока в цепи обмоток якорей тяговых машин состав-
ляет 0,4—0,65 с.
Как изменяются указанные величины в процессе пуска трехва-
гонного поезда, иллюстрирует рис. 63, а. Динамические показатели
этого состава, полученные по результатам обработки и усреднения
174
Рис. 63. Осциллограммы изменения токов н напряжений в цепях тягоаых машин в
процессах пуска (а) и реостатного торможения (6 и а) трехвагонного состава
175
данных по трем аналогичным пускам поезда с разгоном до скорос-
ти 80 км/ч, приведены в табл. 28. На осциллограмме (см. рис. 63, а)
отчетливо видны три ступени пуска тяговых машин. Использование
ступенчатого пуска тяговых машин объясняется ограниченным
диапазоном регулирования используемого регулятора напряже-
ния. В течение первых 1,5 с пуска работает один регулятор напря-
жения на обе группы тяговых машин с минимальным коэффицн
ентом заполнения, при этом тиристоры регуляторов тока возбужде-
ния закрыты и в цепь обмоток якорей тяговых машин введены ре-
зисторы R13 и R5. Второй бросок тока происходит после того, как
вступает в работу второй регулятор напряжения.
Последняя третья пусковая ступень образуется при включении
главных тиристоров регуляторов тока возбуждения и шунтирова-
нии резисторов R13 и R5. Затем изменение тока в цепи обмоток
тяговых машин происходит плавно, благодаря изменению коэффи-
циента заполнения регулятора напряжения в обмотках якорей тя-
говых машин поддерживается ток на уровне 406 А, при этом ток
в контактной сети монотонно нарастает. Когда коэффициент запол-
нения станет близок к единице (примерно через 7,5 с после установ-
ки рукоятки контроллера управления в ходовое положение), ток
в цепи обмоток якорей принудительно уменьшается с 406 до 330 Л,
и регуляторы напряжения шунтируются контактом Кб. Бросок то-
ка в цепи обмоток якорей тяговых машин, сопровождающий этот
процесс, составляет 415 А, т. е. незначительно отличается от тока
уставки. В момент включения контактора Кб вступают в работу
регуляторы тока возбуждения, что приводит к резкому увеличению
пульсаций тока возбуждения, которые достигают 0,15—0,2. По ме-
ре разгона ток возбуждения тяговых машин уменьшался, а ток
в цепи обмоток якорей поддерживался на заданном уровне.
В табл. 29 приведены основные показатели динамики трех- и
шестивагонных поездов при служебном реостатном торможении.
Изменения токов и напряжений в цепях обмоток якорей и возбуж-
дения тяговых машин одного из вагонов иллюстрируются рис. 63,6.
Самовозбуждение тяговых машин сопровождается сильными коле-
баниями тока. До скорости 61 км/ч работают только регуляторы
Таблица 28
Скорость движения поезда, км/ч	Показатели динамики						
	с	5. м	а, м/с1	/.! А /.». А	/.! А /•I. А	₽	и. В
29	7,43	27,4	1.09	419 386	403	0,96	874
58,3	18,9	173 .	0,85	372 347	114	0,3	834
80	34,3	468	0.65	266 260	76	0.28	846
176
Таблица 29
Скорость начала тор ноже имя км/ч	Показатели динамики а процессе торможения от г>«, до остановам										
	Si. м	с	Ь. м/с*	17	 В	0mm	0тл«	А. при 0П1П1	/.1. А. при	У... км/ч	км/ч	с
				Трехвагонный состав							
100	333	24.6	1.14	820	0,25	0.95	134,5	402	32.6	7.45	0.6
79	196	18.2	1,23	689	0.28	0,96	151	397	33	8	0.5
59.5	125	15.4	1,09	605	0,94	0.94	394	394	35	7.3	0,46
40.1	66	13.2	0,94	423	0,96	0.96	400	400	30.2	7.1	0,7
19,9	29.5	10.5	0,52	228	0.96	0,96	400	400	—	6.9	0.7
				Шестивагонный состав							
100	365	26,3	1.05	756	0.26	0,94	1.38	384	33	6.6	0,35
80	222	20.5	1.11	679	0.27	0.95		396	33	7.5	0,35
60	130	16.6	1.06	588	0.92	0,92	390	390	32	7.0	0,51
39.8	68	12,6	0.9	420	0,92	0,92	390	390	28,8	7.1	0,57
21.5	26.8	8.1	0.66	218	0.94	0.94	384	384	—	7,0	0.65
Примечание скорость движения, при которой шунтируется нерегулируемая
часть тормозного резистора. о, — минимальная скорость, до которой поддерживается
уставка по току в пели обмоток якорей тяговых машин; время с момента перевода
рукоятки контроллера машиниста до появления тока в обмотках якорей тяговых
машин, /. — средин* ТОК в группах тяговых машин: /.=(/.+/.з)/2
тока возбуждения. Среднее значение тока плавно нарастает, при
этом ток в обмотках якорей тяговых машин поддерживается
на уровне 400 А. В диапазоне изменения скоростей от 61 до 33 км/ч
работают регуляторы напряжения при включенных резисторах
/?//. R/6, R2 и R8. В этом диапазоне пульсации тока возбуждения
значительно меньше, чем в предыдущем, где они достигали значе-
ний 0.2—0,25. Перед шунтированием резисторов RI6 и R2 токи
в цепях тяговых машин принудительно снижают. Момент шунти-
рования указанных резисторов сопровождается бросками токов
до 454 А. т. е. в 1.16 раза больше значения уставки.
Энергетические испытания трехвагонного поезда с использова-
нием рекуперативно-реостатного торможения и максимальной
загрузкой'вагонов проводили в течение 50 ч на Кольцевой линии
Московского метрополитена в эксплуатационном графике движе-
ния совместно с поездами, работающими на этой линии. Резуль-
таты испытаний приведены в табл. 30.
Испытания показали, что использование рекуперативно-реос-
татного торможения позволило в среднем на 9,4% сократить рас-
ход электроэнергии, потребляемой поездом при его работе в экс-
плуатационном графике движения.
Для определения тормозных путей при рекуперативно-реостат-
ном торможении были проведены дополнительные испытания, при
которых поезд разгоняли до заданной скорости движения, после
177
Таблица 30
Номер вагона	Расход электро- энергии А при пуске, кВт • ч	Электроэнергия рекуперируемая в контактную сеть. кВт-ч	(Ар/А,| 100%
10010	3556.23	415,4	11.68
10005	3317.17	279,19	8,42
10004	3402,12	274,55	8,07
Примечание Электроэнергию фиксировали по счетчику.
чего сразу же осуществляли режим торможения. В табл. 31 приве-
дены результаты этих испытаний, а также значения электроэнергии
рекуперации при различных скоростях начала торможения и дви-
жения поезда на участке с профилем ±3%о.
Испытания показали, что тормозные пути при рекуперативно-
реостатном торможении и напряжении в контактной сети более
900 В незначительно отличаются от показателей при реостатном
торможении. Как видно из осциллограммы (рис. 64), в начальный
период осуществляется реостатное торможение и /ci = /cii = /cin =
=0. После возбуждения тяговых машин происходит плавный пере-
ход от реостатного к рекуперативно-реостатному торможению, в
процессе которого токи рекуперации на каждом вагоне увеличива-
ются до максимальных значений. По мере снижения скорости дви-
жения поезда коэффициенты заполнения, с которыми работают ре-
гуляторы напряжения, возрастают, а токи рекуперации уменьша-
ются. После шунтирования резисторов RI6 и R2 (см. рис. 61) токи
рекуперации вновь возрастают и, достигнув максимальных значе-
ний, уменьшаются до нуля при скорости движения около 8 км/ч.
По результатам обработки осциллограмм для режима выбега
трех- и шестивагонных составов были построены зависимости
Таблица 31
Номер вагона	Скорость начала тор- можения, км/ч	Длина тор- мозного пути, м	Максималь. ный ток ре купераиии.	А., кВт-ч	А,. кВт-ч	(АР/А,.)Х хюо%
10010	80	182	539	6.03	0.93	15,42
10005	80	182	500	5.24	0,67	12.36
10010	60	146	410	2.8	0.53	19.14
10005	60	146	340	2.88	0,4	13.95
10010	40	71,3	323	1.47	0,26	17,68
10005	40	71,3	320	1.5	0,2	13,4
Примечание. Уставка тика в цепи обмоток якорей тяговых машин вагонов находилась
в пределах 400 420 А. напряжение в контактной сети в режиме тяги составляло 850 В.
при рекуперативно-реостатном торможении 913 В
178
Рис 64. Осциллограмма изменения токов рекуперации 7/, /„ и 1ц> каждого вагона
н напряжения в контактной сети
основного сопротивления движению в функции скорости движе-
ния (рис. 65).
Энергетические показатели поезда с реостатным торможением
регистрировали при его движении на участке длиной 1721 м соско-
Гостью, близкой к 48 км/ч (47,6 км/ч), с учетом стоянки 25 с.
1ри этом получены следующие результаты:
Время разгона до максимальной скорости, с	37,7
Путь, пройденный при разгоне, м	540
Максимальная скорость движения в конце разгоне, км/ч	82,3
Время выбега, с	49.4
Путь, пройденный составом при выбеге, м	1022
Скорость начала торможения, км/ч	66
Время торможения, с	17.85
Тормозной путь, м	160
Эффективный ток в цели одной группы тяговых машин. А 230
Коэффициент ослабления возбуждения во II группе тяговых
машин	0.28
Удельный расход энергии, Вт-ч/(т-км)	62.5
Напряжение в контактной сети. В	850
Тепловые испытания электрооборудования трехвагонного сос-
тава проводили в течение 1 ч 36 мин на перегоне длиной 1700 м при
движении поезда со скоростью 47,9 км/ч с учетом стоянки 25 с
в конце перегона. Уставка по току в цепи обмоток якорей
каждой группы тяговых машин в среднем по всем вагонам
составляла 395 А в режиме тяги и 388 А в режиме реостатного тор-
можения. Эффективные значения токов в цепи обмоток якорей тя-
говых машин вагона, на котором измеряли температуры элементов
силовых цепей, были равны в первой группе 236 А, во второй 250 А,
а удельный расход энергии по счетчику 67 Вт-ч/(т-км) при к „ =
= 0,235.
За время испытания тяговые машины в течение 30 мин 52 с ра-
ботали в режиме тяги и 9 мин 30 с в режиме реостатного торможе-
179
Рис. 65. Зависимости ос новного сопротивления движению от скорости трехвагонно
го состава (/) и шестивагонных составов из нагонов И (2) и 81.717 (3)

ния. Превышения температуры над окружающим воздухом обмо-
ток якоря, возбуждения, дополнительных полюсов и коллектора
наиболее нагретой тяговой машины, зафиксированные через 2 мин
после окончания испытаний, были равны соответственно 77, 92,
73 и 76 °C при температуре окружающего воздуха 19 °C. Допусти-
мые превышения температур над окружающей средой в соответст-
вии с ГОСТ 2582—81 для указанных элементов машины равны
160. 155. 155 и 130 °C. Следует отметить, что за время испытаний
установившийся тепловой режим не был достигнут. В процессе ис-
пытаний было установлено, что коэффициент ослабления воз-
буждения в значительной степени зависит от температуры обмоток
возбуждения. Он изменялся от 0,28 в начале испытаний до 0,235
после их окончания.
Результаты тепловых испытаний резисторов, реакторов и ос-
новных элементов тиристорных регуляторов приведены в табл. 32.
В процессе обкаток и проведения тягово-энергетических испы-
таний вагонов И надежность работы электрооборудования была
низкой: многократно срабатывала защита, выходили из строя ре-
гуляторы тока возбуждения из-за превышения допустимых темпе-
ратур нагревания тиристоров и диодов, а также отказов коммути-
рующих конденсаторов, выходили из строя элементы системы уп-
равления тиристорными преобразователями и т. п.
В результате испытаний были выявлены следующие недостатки
системы тягового электропривода вагона И:
при отсутствии напряжения в контактной сети электрическое
торможение вагонов не обеспечивается;
процесс самовозбуждения тяговых машин происходит со значи-
тельными колебаниями тока в цепи обмоток якорей тяговых ма-
шин;
180
Таблица 32
Контролируемый элемент	Максималь- нее превыше- ние темпера гуры изд тем- периту рой охлаждаю шего во му ха. °C	Допустимое превышение температуры элементов, о
Резистор, шунтирующий обмотки возбуж- дения	405	800
Резистор в цепи обмоток якорей тяговых машин	285	450
Резистор, включенный последовательно с обмотками возбуждения	180	800
Тормозной резистор	265	450
Реактор фазный	65/52	155
Реактор фильтра	95	155
Тиристор регулятора тока возбуждения	80	45
Тиристор регулятора тока возбуждения	70	45
Диод регулятора тока возбуждения	42	45
Главный тиристор регулятора напряже- ния	30	45
Коммутирующий конденсатор регулято- ра тока возбуждении	21	40
Примечание. Температура воздуха в блоке регулитпров на|фнження и тока возбуж-
дении. расположенного со стороны тормозных резисторов, +40*С. температура окру-
жающего воздуха 4-19 °C.
Таблица 33
Показатель	Тягово-энергетические показатели трехвагонных составов ил пагомон		
	И (опытные данные)	81.717. 81.714	
		Опытные данные	Расчетные данные
Время разгона до ско- рости 80 км/ч. с Тормозной путь со скорости ц., =80 км/ч, м Тормозной путь со скорости и., = 60 км/ч. м Удельный расход энер- гии на тягу без учета рекуперации. Втч/(т-км)	34.3 (при <7= = 850 В и Р„,„ = = 0.28) 217 (при	= =395 А) 127 67 (при ₽»,„= =0.235)	40 ((/ = 850 В И Р-. = 0,38) 214 (при 7, ,„ = = 425 А) « 127 68 (при pmi„=0,3l)	33,9 ((7=850 В. Pmta -0.28)
181
диапазон регулирования тиристорного преобразователя напря-
жения ограничен, что приводит к необходимости для уменьшения
силы тяги при маневровых работах вводить в цепи якорных обмо-
ток тяговых машин пусковые резисторы;
конструкция блока тиристорных регуляторов напряжения и то-
ка возбуждения нерациональна и затрудняет работы по обслужи-
ванию и ремонту элементов блока;
большое количество контактных аппаратов как в силовых цепях
вагона, так и в блоках управления, а также наличие электрических
связей между группами тяговых машин затрудняют наладку сис-
темы управления вагоном и являются причинами ненадежной ра-
боты вагона в целом.
Усредненные тягово-энергетические показатели состава из ва-
гонов И при использовании только реостатного торможения нахо-
дятся на одном уровне с показателями для серийных вагонов
81.717, 81.714, что подтверждается результатами испытаний, при-
веденными в табл. 33.
16.	Вагоны Им
Общие сведения. В 1983 г. ВНИПТИ производственного объ-
единения «Динамо» при участии МИИТ и лаборатории АУП
(СПУ) Московского метрополитена была разработана модернизи-
рованная схема силовых цепей вагона Им. В 1983—1984 гг. по этой
схеме в электродепо «Красная Пресня» Московского метрополи-
тена были переоборудованы три вагона 81.714, 81.717.
При разработке модернизированной схемы был использован
положительный опыт, накопленный на метрополитене в процессе
эксплуатации вагонов Еир и И, и учтены недостатки систем элек-
троприводов указанных вагонов.
Масса модернизированного комплекта электрооборудования не
превышает массу электрооборудования вагона 81.714, число кон-
тактов в схеме силовых цепей в 3,6 раза меньше, чем в схеме сило-
вых цепей вагона 81.714, и в 1,4 и 1,27 раза меньше, чем в схемах
вагонов И и Еир. Системы управления вагоном (за исключением
вспомогательных цепей) и тиристорными регуляторами вагона Им
выполнены бесконтактными. Для этого аппараты силовых цепей
(линейные контакторы, реверсор, токоприемник) снабжены бес-
контактными датчиками положения, фиксирующими их состояние.
В схеме вагона Им используются тиристорные преобразователи
для регулирования напряжения и тока возбуждения тяговых ма-
шин. Тяговые машины соединены последовательно-параллельно в
две независимые группы, каждая из которых снабжена двумя ти-
ристорными регуляторами: напряжения и тока возбуждения тя-
говых машин. Оба регулятора в каждой группе работают с часто-
той 200 Гц и имеют общий узел коммутации.
На вагоне обеспечиваются следующие режимы: тяговый с регу-
лированием напряжения на тяговых машинах от t/mln=0,05[/ до
182
Umal=U (здесь U — напряжение в контактной сети) и регулиро-
ванием тока возбуждения (pmin=0,28); реостатного торможения
с регулированием тока возбуждения в зоне высоких скоростей и
последующим регулированием сопротивления тормозных резисто-
ров; рекуперативно-реостатного торможения при напряжении
в контактной сети 975 — 800 В. Переход из одного режима тормо-
жения в другой происходит автоматически, т. е. осуществляется
следящее (имеется в виду уровень напряжения в контактной сети)
рекуперативно-реостатное торможение.
В тяговом режиме путем понижения частоты работы тиристор-
ных регуляторов напряжения обеспечивается работа вагона с ма-
лыми тяговыми силами (маневровый режим), что гарантирует
плавность при спепке вагонов, выезде из депо и движении по депов-
ским путям. Кроме того, в тяговом режиме предусмотрены две
уставки по току обмоток якорей в группе тяговых машин: 300 и
450 А. Последняя из них реализуется при полной загрузке вагона и
автоматически уменьшается в функции нагрузки вагона до 300 А
при порожнем вагоне.
В режиме торможения реализуются три уставки по току в цепи
группы якорей тяговых машин: 100, 300 и 400 А, последняя из кото-
рых изменяется в функции загрузки вагона.
Силовые цепи вагона (рис. 66) работают следующим образом.
При включении главного разъединителя ГВ происходит заряд
фильтрового конденсатора С1 через резистор R1 и реактор LI до
Рис. 66. Схема силовых цепей вагона Им
напряжения контактной сети При постановке рукоятки контрол-
лера машиниста в одно из ходовых положений включаются линей-
ные контакторы KI. К2 и КН (автоматы быстродействующей защи-
ты БК1 — БК4 включаются предварительно) и подаются управля-
ющие импульсы на тиристоры регуляторов напряжения РТН-А и
РТН-Б. С помощью двухоперационных тиристорных регуляторов
напряжения с параллельно-емкостной коммутацией и фиксирован-
ным перезарядом коммутирующих конденсаторов осуществляется
плавный пуск и выход на уставку по току тяговых
двигателей. При разгоне тяговых машин с уставкой 450 А до ско-
рости вагона 26 км/ч функционируют только регуляторы РНТ-А
и РТН-Б, изменяя напряжение на тяговых машинах в указанных
выше пределах. Максимальный коэффициент заполнения, которого
достигают эти регуляторы, Ат„ = 0,96, с ним они продолжают рабо
тать при скорости больше 26 км/ч. Следует обратить внимание, что
при работе только регуляторов напряжения в диапазоне изменения
коэффициента их заполнения Xmjn^	происходит изменение
тока возбуждения тяговых машин, хотя регуляторы тока возбуж-
дения не функционируют. Это объясняется тем, что обмотки воз-
буждения шунтированы резисторами R3 и /?// (сопротивлением
/?з=/?п = /?ш= 1.45 Ом) и к ним прикладывается напряжение
только тогда, когда включены регуляторы напряжения. Однако
уменьшение тока возбуждения происходит незначительное и опре-
деляется сопротивлением шунтирующего резистора и коэффициен-
том заполнения регулятора РТН При Ата,=0,96 коэффициент
0=0,937; при А=1 коэффициент 0 практически не изменится:
04.-1 = 0,939. При меньших значениях А коэффициент 0 уменьша-
ется по нелинейному закону 0 = р.?7,   и при А=0.3 состав-
ляет 0х-оз = О,82.	К./Кш + Л
Как показали тяговые расчеты, уменьшение тока возбуждения
в рассматриваемом диапазоне скоростей вагона при работе только
РТН практически не оказывает влияния на динамику и способству
ет обеспечению плавности при трогании вагона. В связи с этим бы-
ло принято решение не использовать в схеме линейные контакто-
ры для отключения резисторов R3 и R! 1 при работе РТН в диапа-
зоне Ат,„<А<Ап,„. После достижения РТН коэффициента запол-
нения Атм=0,96 для поддержания уставки на заданном уровне
в работу вступают регуляторы тока возбуждения тяговых
машин РТВ-А и РТВ-Б. В каждой группе тяговых машин
регулятор РТВ представляет собой тиристор, с помо-
щью которого через резистор R!O(R2) шунтируются обмотки
возбуждения тяговых машин. Выключение этого тиристора
осуществляется после выключения тиристоров регулятора РТН,
к нему прикладывается обратное напряжение после того, как ток
дозаряда коммутирующего конденсатора РТН становится меньше
тока в цепи обмоток возбуждения тяговых машин.
184
С помощью РТВ ток возбуждения тяговых машин при
/у„ = 450 А уменьшается до значения, определяемого 0 =
=0,28, чему соответствует скорость вагона 47,2 км/ч.
Затем разгон тяговых машин осуществляется по автомати-
ческой характеристике ослабленного возбуждения 0 = 0,28. При
этом регуляторы РТН и РТВ работают с максимальным коэффи-
циентом заполнения, причем РТН переводится в режим с Х,па1= I.
При выходе на автоматическую характеристику ослабленного воз-
буждения тяговых машин уставка тока в цепи якорей автоматичес-
ки уменьшается в соответствии с указанной характеристикой. Это
дает возможность исключить броски тока в цепи тяговых машин
при толчках напряжения в контактной сети багодаря использова-
нию РТН в качестве быстродействующей защиты тяговых машин и
обеспечить повышение надежности их работы.
Путем повышения коэффициента использования РТН удалось
не только в значительной степени улучшить работу тяговых машин
особенно на их автоматической характеристике ослабленного воз-
буждения, но и предельно упростить регулятор тока возбуждения
и исключить из схемы индуктивные шунты.
Принципиально при достижении 0=0,28 в схеме возможно
шунтирование РТН и реакторов в цепи тяговых машин. Одна-
ко это потребует увеличения массы электрооборудования из-за
введения в схему индуктивных шунтов и дополнительных линей-
ных контакторов и резко снизит надежность работы тяговых ма-
шин.
В режиме торможения силовые цепи функционируют следу-
ющим образом. При постановке рукоятки контроллера машиниста
в одно из тормозных положений замыкаются линейные контакторы
KI, КЗ и К4 (якоря машин реверсируются после окончания ходово-
го режима) и подаются импульсы управления на регуляторы РТН и
РТВ, т. е. начинается рекуперативно-реостатное торможение двух
независимых групп тяговых машин. В начальный период торможе-
ния для обеспечения быстрого возбуждения тяговых машин каж-
дой группы их обмотки возбуждения подпитываются от преобразо-
вателя VZ1 (VZ2).
В диапазоне высоких скоростей регуляторы РТН работают с
минимальным коэффициентом заполнения, определяемым его регу-
лировочными свойствами, а требуемый ток возбуждения тяговых
машин задается с помощью регуляторов РТВ.
Следует отметить, что при отключении регуляторов РТВ и пере-
ходе к регулированию коэффициента заполнения регуляторов РТН
коэффициент 0 будет несколько меньше максимального значения
0.94, но это, как показали тяговые расчеты, незначительно отража-
ется на динамике торможения вагона.
В зоне высоких скоростей торможения регуляторы РТН так же,
как и в тяговом режиме, используются для быстродействующей
защиты тяговых машин при толчках напряжения в контактной се-
ти. Для согласования напряжений на тяговых машинах, которое
для номинального режима определяется значением 2UU. нм =
185
= 1500 В, и в контактной сети, максимальное значение которого
(7П1>1=980 В, а минимальное 550 В, в тормозной контур
каждой группы тяговых машин вводится балластный резистор
R8 (R5) сопротивлением 1.4 Ом. При достижении максимального
коэффициента заполнения регуляторами РТН балластный резис-
тор шунтируется тиристорами У$<3. VSI0. Автоматически коэффи-
циент заполнения регулятора РТН уменьшается и торможение с
поддержанием тока в цепи тяговых машин на уровне
уставки продолжается практически до полной остановки вагона.
Ток рекуперации определяется выражением /р«( = 2/«(1 — Л).
Для упрощения схемы силовых цепей было принято решение
сопротивление балластного резистора в процессе торможения не
регулировать. Это приводит к определенному недоиспользованию
энергии рекуперации, но в значительной степени упрощает систему
управления и схему силовых цепей вагона и является экономически
оправданным. В случае отсутствия потребителя рекуперируемой
энергии и превышения уставки по напряжению на выходе сило-
вой цепи по сигналу системы управления тиристоры V34 подклю-
чают параллельно РТН тормозные резисторы R6 и R7, при этом
контактор KI отключается.
Сопротивление тормозного резистора в каждой группе тяговых
машин составляет 2,9 Ом. Регулирование сопротивления этого
резистора осуществляется с помощью РТН. Группы тяговых ма-
шин в тормозном режиме работают независимо друг от друга.
Переход от режима рекуперативно-реостатного торможения
к реостатному торможению осуществляется не скачком, а путем
постепенного увеличения коэффициентов заполнения тиристоров
VS4 и VS9. При торможении ток в цепи обмоток якорей тяговых
МЯ1НР*- п'-'-церживается неизменным во всем диапазоне скоростей,
что ..озволило уменьшить расчетные тормозные пути вагона по
сравнению с вагоном 81.717 на 10%. При нерегулируемом балласт-
ном резисторе и снижении напряжения в контактной сети эффек-
тивность рекуперативного торможения ухудшается. Поэтому для
обеспечения эффективности торможения при напряжении в кон-
тактной сети Г/<800 В торможение осуществляется только реос-
татное.
Тягово-энергетические расчеты показали, что экономия элект-
рической энергии при внедрении вагонов Им составит при-
мерно 8—12% по сравнению с вагонами 81.714, 81.717 бла-
годаря применению рекуперативного торможения и улучшению
динамики вагона.
Схема силовых цепей вагона Им построена таким образом,
что все аппараты защищены от токов короткого замыкания и пере-
грузки быстродействующей зашитой как в режиме тяги, так и в ре-
жиме торможения. В схеме отсутствуют неразрываемые контуры, по
которым возможно замыкание аварийных токов, предусмотрена
дифференциальная защита и защита от боксования колесных пар
вагона. Это позволит увеличить срок службы электрооборудования
186
по сравнению со сроком службы электрооборудования серийно вы-
пускаемых вагонов.
Специально для вагона Им разработана система гашения воз-
буждения тяговых машин в аварийных режимах. При возникнове-
нии аварийного режима, например кругового огня на коллекторе
тяговой машины, обмотки возбуждения группы машин, в которую
входит аварийная машина, подключается к источнику обратной по-
лярности (одна из обмоток блока питания собственных нужд ваго-
на), что обеспечивает быстрое гашение возбуждения машин и пре
крашение кругового огня. При этом вентиль, шунтирующий об-
мотки возбуждения, выполняется управляемым. Однако на соз-
данных вагонах Им эта зашита не используется, так как пока нет
совершенных датчиков, позволяющих регистрировать начало воз-
никновения кругового огня на тяговых машинах. После заверше-
ния разработок этих датчиков указанная зашита будет установле-
на на вагоне.
Регуляторы на первых трех вагонах Им выполнены на выпус-
каемых серийно промышленностью тиристорах ТЛ2-200 (9-го
10-го классов) и диолах ВЛ2-200 (12-го—14-го классов). Всего
на вагоне используется 50 тиристоров (из них на каждую группу
тяговых машин приходится пять функциональных тиристоров) и 32
диода (из них пять функциональных), размещенных в блоках
РТН и РТВ.
На каждую группу тяговых машин приходится девять главных
тиристоров (т = 3; н = 3, здесь т — число параллельных групп;
п число тиристоров, соединенных последовательно в каждой
группе), шесть коммутирующих тиристоров (zn = 2, л=3), шесть
тиристоров в цепи регулируемой части тормозного резистора (ги =
=2; л=3), два тиристора, шунтирующих нерегулируемую часть
тормозного резистора (т = 2; л = 1), три разделительных диода
(m —1; л=3), два диода, шунтирующих обмотки возбуждения
(т = 2; л = I), три диода перезаряда коммутирующего конденса-
тора СЗ (т = 1, л = 3), два диода для подключения обмоток воз-
буждения тяговых машин к преобразователю, два тиристора ре-
гулятора тока возбуждения (гл =2, л=1).
Масса основных блоков электрооборудования вагона, кг
Блок регуляторов напряжения	295
Блок регуляторов тока возбуждения	105
Реактор фильтра	250
Сглаживающий реактор (L2 и L15)	260
Блок конденсаторов	350
В каждом регуляторе напряжения емкость коммутирующих
конденсаторов принята 100 мкФ.
Последующие четыре вагона выполнены на унифицированных
тиристорах ТЛ 171-320.
Система управления. Для реализации различных режимов
функционирования вагонов Им предназначена автоматизирован-
187
ная система управления (СУ), состоящая из трех функциональ-
ных частей: блока управления поездом (БУП), блока обратных
связей (БОС) и блока управления вагоном (БУВ).
В зависимости от сигналов, поступаемых с командоаппаратов,
таких, как контроллер управления (КУ), контроллер реверса
(КР), блок автоведения (БА), и в зависимости от условий движе-
ния, т. е. сигналов, поступающих из блока контроля безопасности
движения (БКБД), БУП вырабатывает соответствующий код ре-
жима и передает его на поездную магистраль (ПМ).
Наиболее сложным в СУ является БУВ, который, принимая сиг-
нал с ПМ и оценивая параметры питающей сети ((Д, наличие
перекрываемых и неперекрываемых токоразделов), реализует со-
ответствующие алгоритмы работы контактной аппаратуры вагона
и тиристорно-импульсных регуляторов. Помимо этого, БУВ выпол-
няет отдельные функции защиты силовых цепей вагона от аварий
ных режимов.
Для получения информации о реальных электромагнитных
процессах, происходящих в силовых цепях вагона, с одновре-
менным обеспечением гальванической развязки служит БОС,
состоящий из ряда быстродействующих датчиков напряжения и
тока.
Система управления построена на современной микроэлек-
тронной элементной базе, а ее структурная схема (отдельные
функциональные модули) позволяет достаточно просто модернизи-
ровать узлы и соответственно изменять алгоритмы функциониро-
вания.
В 1984 г. в электродепо «Красная Пресня» были проведены
стендовые испытания электрооборудования вагона Им. Тиристор-
ные блоки были установлены под вагоном, который был пристыко
ван к стенду. Охлаждение тиристоров было естественным, имити-
ровался режим работы вагона на участке 1700 м со скоростью
48 км/ч при стоянке 25 с. В результате тепловых испытаний было
установлено, что температура главных тиристоров регулятора
РТН установилась через 57 мин, а вспомогательных — через
53 мин. Температура указанных тиристоров на 20% была меньше
допустимой. В условиях эксплуатации этот запас будет несколько
больше, так как тиристоры будут лучше охлаждаться (скорость
воздуха под вагоном при его движении составляет примерно
I м/с).
На стенде детально были исследованы режимы работы полу-
проводниковых приборов. Показатели, характеризующие работу
тиристоров и диодов, снимались при предельных токах нагрузки
500 А и напряжении в контактной сети 825—900 В. Проведен-
ные испытания показали, что тиристоры работают в условиях, со-
ответствующих их паспортным данным, со значительными запаса-
ми, что позволяет гарантировать их надежную работу на вагоне в
процессе его эксплуатации.
188
17.	Маневровый контактно-аккумуляторный электровоз
Техническая характеристика электровоза. В большинстве слу-
чаев грузовые перевозки осуществляют в ночное время после пре
крашения электроснабжения линий метрополитенов. Для этого ис-
пользуют специальные автономные транспортные средства, кото-
рые также применяют и для выполнения маневровых работ
на тракционных путях элсктродепо и ремонтных заводов. Как
правило, это мотовозы, имеющие весьма низкие тяговые показа-
тели и загрязняющие воздух в тоннелях. Применение в качестве
автономных транспортных средств маневровых контактно-аккуму-
ляторных электровозов позволяет полностью устранить задымлен-
ность тоннелей, повысить эффективность грузовых перевозок и ма-
невровых работ.
На Ленинградском метрополитене эксплуатируется контактно-
аккумуляторный электровоз Э1-07А с тиристорно-импульсным уп-
равлением, созданный на базе вагона Д. С учетом опыта его экс-
плуатации и опыта эксплуатации вагонов Еир с тиристорно-им-
пульсным преобразователем на Кольцевой линии Московского
метрополитена лабораторией автоматического управления поезда-
ми (ЛАУП) службы подвижного состава Московского метрополи-
тена при участии сотрудников кафедры «Электрические машины»
МИИТа была разработана электрическая схема маневрового кон-
тактно-аккумуляторного электровоза ЭЛ-01 с тиристорно-импульс-
ным преобразователем и бесконтактной системой управления
Опытный образец этого электровоза был изготовлен в электро-
депо «Красная Пресня» Московского метрополитена в 1982 г и
прошел всесторонние испытания на опытном стенде электродепо
и на линиях метрополитена.
В табл. 34 приведены основные технические характеристики
электровозов Э5-01 и ЭЛ-07А.
Силовые цепи и цепи управления электровоза Э$-01 построены
таким образом, что позволяют реализовать: безреостатный пуск и
регулирование тока возбуждения тяговых машин при питании от
контактного рельса или от тяговой аккумуляторной батареи;
рекуперативное торможение с возвратом электроэнергии в акку-
муляторную батарею, причем благодаря использованию специаль-
ного статического подвозбудителя применение электрического тор-
можения возможно до скоростей начала торможения 8 10 км/ч;
рекуперативное подтормаживание и движение с установившейся
скоростью на затяжных уклонах; отключение машин от сети или
тяговой аккумуляторной батареи при пуске и сбросе нагрузки в
режиме электрического торможения осуществляется плавно
путем уменьшения тока с помощью тиристорно-импульсного регу-
лятора.
Принципиальная схема силовых цепей Питание цепей (рис. 67)
осуществляется либо от контактной сети через линейные контакто-
ры КЗ и К7, либо от тяговой аккумуляторной батареи через линей-
ный контактор К-1 при отключенных линейных контакторах КЗ и
189
тиристоры VSI и VS2 не подаются, машины работают практичес-
ки с полным возбуждением В этом режиме коэффициент р нес-
колько отличается от единицы. Небольшие потери силы тяги из-за
некоторого ослабления возбуждения компенсируются увеличением
тока обмоток якорей тяговых машин. При работе регуляторов
Х = Хтэл степень ослабления возбуждения регулируется измене-
нием длительности включенного состояния тиристоров VSI и ИЗ 2,
которые выключаются каждый период одновременно с ТИП1 и
ТИП2. Относительная длительность их включенного состояния
или коэффициент заполнения Хо изменяется от нуля до ХоМаж.
На электровозе используется электрический рекуперативный,
электропневматический, автоматический прямодействующий и
ручной тормоза. Для реализации рекуперативного торможения
тяговые машины отключаются от источника питания, после чего
включаются контакторы KI. К4 и Кб, а реверсор переводится в по-
ложение, при котором контакты KSI. KS8, KS5 и KS4 замкнуты,
a KS2, KS7, KS3 и KS6 разомкнуты, т. е. реверсируются обмотки
якорей тяговых машин (контакторы КЗ. К7. К2 и К5 выключены).
Для форсирования процесса самовозбуждения тяговых машин и
реализации рекуперативного торможения с малых скоростей нача-
ла торможения обмотки возбуждения в начальный период подклю-
чаются к специальным статическим подвозбудителям, работаю-
щим от аккумуляторной батареи низкого напряжения (на рис. 67
не показано). В процессе рекуперативного торможения использу-
ются тиристорно-импульсные регуляторы, работающие, как и в тя-
говом режиме, с частотой 200 Гц.
В интервале периода КТ, когда ТИП включен, образуется
контур Ml (M2)—KS8 (KS5)—OBI (ОВ2)—ОВЗ (ОВ4)-ГИП1
(ТИП2)—БК4 (БКЗ)-К1 (K6)—Li (1.3)—KSI (KS4)—M3
(М4)—Ml (М2), в индуктивных элементах которого происходит
накопление энергии. В интервале (I—X.) Г, когда преобразователь
выключен, накопленная энергия рекуперируется в тяговую аккуму-
ляторную батарею и конденсатор фильтра. Необходимым условием
устойчивости рекуперации является выполнение неравенства
2Е< U,.6, где Е э. д. с. тяговой машины; 1/,»в — напряжение тя-
говой аккумуляторной батареи.
В процессе рекуперативного торможения коэффициент ослаб-
ления возбуждения регулируется автоматически в функции коэф-
фициента заполнения К. Сопротивление резистора Rl (R5) подби-
рают таким образом, чтобы при Х=Хта, реализовать требуемое
значение р. В интервалах периода (1 — к)Т ток возбуждения
тяговых машин замыкается по цепи диода VD8 (VD3).
Особенностью схемы является возможность заряда тяговой ак-
кумуляторной батареи от контактной сети с использованием тирис-
торно-импульсных регуляторов ТИП1 и ТИП2.С. помощью которых
реализуются режимы тяги и торможения электровоза. Для этого
батарея разделена на две части (TAB! и ТАБ2), каждая из кото-
рых переключателем режимов подключается к контактной сети че-
192
рез регуляторы ТИП1 и ТИП2. Такое построение схемы позволяет
осуществлять заряд батареи независимо от напряжения в контакт-
ной сети, изменяющегося в широких пределах {U =5504-975 В),
так как выполняется условие t/>L/T»e/2. При этом с помощью
ТИП1 и ТИП2можно осуществлять заряд тяговой аккумуляторной
батареи от контактной сети без переноса батареи в специальное
стационарное помещение.
Для осуществления заряда батареи от контактной сети при
отключенных КЗ, К7, К2, К5 и БК1—БК4 переключатель режимов
переводится в положение, при котором его силовые контакты SP3,
SP4, SP7 н SP8 замкнуты, a SPI, SP2, SP5 и SP6 разомкнуты
Затем включают КЗ, К7, К2 и К5 и БК1—БК4 и батарея переводит-
ся в режим заряда по контуру: контактная сеть КЗ—1.2—БК1
(БК2)—К2 (K5)-LI (L3)-SP8 (БРЗ)-ТЛБ/ (ТАБ2) БР7
(БР4)—ТИШ (ТИП2)—БК4 (БКЗ)-К7-ЗУМ.
После окончания заряда батареи переключатель режимов пере-
водят в положение, при котором контакты SPI, SP2, SP5 и SP6
замкнуты, а КЗ, К7, К2 и К5 разомкнуты ТАБ1 и ТАБ2 включаются
последовательно, тем самым аккумуляторная батарея подготав
ливается к тяговому режиму.
Основные технические данные элементов силовой цепи
электровоза ЭУ01
Реактор входного фильтра 1.2
индуктивность, мГн	2.5
масса, кг	100,0
Конденсатор входного фильтра (ФСТ-2.1-ОУ2) СГ
общая емкость. мкФ	640
число банок	4
общая масса, кг	130
Сглаживающий реактор LI (L3):
индуктивность. мГн	3,5
масса, кг	50,0
Реверсор:
число силовых кулачков	8
масса, кг	106
Ящики с линейными контакторами
число ящиков	2
число линейных контакторов	44-3=7
масса ящиков, кг	2054-160 =365
Сопротивление резистора, Ом:
RI (Я5)	1,45
R2 (₽4>	0.08
Минимальный коэффициент ослабления возбужде-
ния в режимах тяги	и торможения	0.4
Тиристорно-импульсные регуляторы напряжения. Используе-
мые на электровозе регуляторы ТИП! и ТИП2 выполнены по двух-
операционной схеме и содержат главные VS6 (VS3) и вспомога-
тельные VS5 (VS4) тиристоры, разделительные диоды VD7 (VD4),
коммутирующие конденсаторы СЗ (С2) и реакторы L8 (L5), а так-
же перезарядные диоды VD6 (VD5) и реакторы L7 (L6) и токо-
193
ограничивающий реактор L9 (L4). Тиристорно-импульсные регу-
ляторы устойчиво работают при значительных колебаниях напря-
жения источника питания (автономный режим (/,.«=520 4-885 В;
при питании от контактной сети (/ = 5504-975 В). Устойчивость
коммутации тиристоров объясняется наличием дозаряда коммути-
рующего конденсатора. Напряжение дозаряда определяется током
нагрузки и соизмеримо с напряжением источника питания. Для
стабилизации времени перезаряда коммутирующего конденсатора
при изменениях тока обмоток якорей машин используется
цепь из последовательно соединенных диода VD6 (VD5) и реакто-
ра L7(L6).
Минимальный коэффициент заполнения Хт|„ТИП. реализуемый
при использовании только вспомогательных тиристоров VS5 (VS4),
определяется длительностью перезаряда, заряда и дозаряда
коммутирующего конденсатора. При частоте работы каждого регу-
лятора 200 Гц их минимальный коэффициент заполнения составля-
ет ^min=9.14. Для обеспечения требуемой плавности пуска осу-
ществляют пуск электровоза с пониженной частотой 100 Гц.
Основные технические данные тиристорно-импульсного
регулятора на одну группу тяговых машин
Силовой тиристорный блок:
масса, кг	140
число тиристоров ТЛ2-200-9-442:
главных	9
вспомогательных	6
ослабления возбуждения	2
число диодов ВЛ5-200-П:
разделительных	3
перезарядных	3
обратных	6
шунтируюших	1
Емкость коммутирующего конденсатора СЗ (С2)
ГСТ-1-5ОУ2. мкФ	80
Индуктивность реактора, мкГн.
ограничивающего L9 (L4)	30
коммутирующего L8 (/.5)	150
перезарядного L7 (L6)	40
В силовом блоке полупроводниковые приборы, за исключением
тиристоров ослабления возбуждения и шунтирующих диодов, сое-
динены по три последовательно.
Автоматическое управляющее устройство. Для управления ти-
ристорно-импульсными регуляторами ТИП! и ТИП2 используют
принцип широтно-им пульс ной модуляции. Изменение коэффициен-
тов заполнения регуляторов при постоянной частоте регулирова-
ния 1= \/Т — 200 Гц осуществляется путем регулирования фазы
между управляющими импульсами на включение главных и
вспомогательных тиристоров. Импульсы на включение вспомога-
тельных тиристоров первой группы сдвинуты по отношению к им-
пульсам на включение вспомогательных тиристоров второй
группы на половину периода регулирования Г/2.
194
Автоматизация процессов пуска и торможения электровоза, а
также заряда тяговой аккумуляторной батареи обеспечивается
замкнутой системой автоматического регулирования, с помощью
которой стабилизируется на заданном уровне ток обмоток якорей
тяговых машин (или ток заряда батареи). Токи обмоток якорей тя-
говых машин регулируются независимо в каждой группе и изме-
ряются индивидуальными датчиками тока ДТ1 и ДТ2 (см. рис.
67).
Контроль за уровнем напряжения в контактной сети и тяговой
аккумуляторной батарее осуществляется датчиком напряжения
фильтра ДНФ и реле напряжения РНС, РН1 и РН2, а контроль за
проходом электровозов токоразделов—датчиками положения
ДТП!—ДТП4. Защита силовых цепей электровоза обеспечивается
быстродействующими выключателями БК1—БК4, а также датчи-
ками тока ДТ1 и ДТ2 и дифференциальным реле РД, воздействую-
щими на линейные контакторы (см. рис. 67).
Режим работы силовых цепей электровоза задается контролле-
ром управления (КУ), реверсивным ключом (РК) и регулятором
уставки (РУ). Реверсивный ключ имеет положения: нулевое «впе-
ред» и «назад». Контроллер управления выполнен бесконтактным
и имеет нулевое, четыре ходовых и три тормозных положения, кото-
рые характеризуются различными уставками тока обмоток якорей
от 100 до 300 А и коэффициентами ослабления возбуждения тяго-
вых машин, а значит, н различными значениями ускорения или
замедления электровоза.
Автоматическое управляющее устройство обеспечивает: под-
держание заданных режимов работы с помощью датчиков тока и
напряжения; возможность независимой работы двух групп тяго-
вых машин; защиту электрооборудования электровоза (тяговых
машин, тяговой аккумуляторной батареи, тиристорно-импульсных
регуляторов и др.) от аварийных режимов с помощью датчиков и
устройств защиты; сигнализацию о работе электрооборудования
электровоза с помощью световой индикации.
Основу автоматического управляющего устройства составляет
логический блок ДБ (рис. 68), который осуществляет управление
как силовыми тиристорами, гак и силовым коммутационным обо-
рудованием вагона через специальные усилители-формирователи
УФ управляющих импульсов и усилители мощности УМ сигналов
управления электромагнитными катушками аппаратов: линейных
контакторов ДК, переключателя режимов работы SP и реверсора.
На реверсоре, переключателе режимов работы SP, линейных
контакторах К, токоприемниках ТП.а также главном выключателе
ГВ имеются бесконтактные датчики положения ДП, служащие
для контроля положения соответствующего аппарата.
Помимо сигналов с датчиков положения аппаратов, в логичес-
кий блок вводятся сигналы с измерительных датчиков ИД-. датчи-
ков тока ДТ! и ДТ2 и напряжения фильтра ДНФ, сигналы на выхо-
дах которых пропорциональны соответствующим входным изме-
195
Рис 68. Структурная схема автомати-
ческого управляющего устройства
ряемым величинам; сигналы
с реле напряжения РИС, PHI
и РН2, реле перегрузки РП!
и РП2: дифференциального
реле РД автоматического вы-
ключателя торможения АНТ
и датчика грузового авто-
режима ДГ А.
В логический блок в каче-
стве управляющих подаются
сигналы с контроллера уп-
равления КУ, реверсивного
ключа РК, регулятора устав-
ки РУ, а также сигналы на
включение блоков управле-
ния БУ1 и БУ2 регуляторами
и сигналы восстановления
устройств защиты РП! и
РП2 Формирователи управ-
ляющих сигналов ФУС обес-
печивают требуемые для ло-
гического блока уровни вход-
ных напряжений.
Логический блок осуще-
ствляет, кроме того, управле-
ние вентилем замещающего
пневматического торможе-
ния ВЗ, устройством форси-
рования процесса самовоз-
буждения тяговых машин (статическим подвозбудителем СПВ),
а также сигнализацию о работе групповых блоков управления
БУ1 и БУ2 и устройств защиты РП1, РП2 и РПБ.
Автоматическое управляющее устройство получает питание от
аккумуляторной батареи, напряжение на зажимах которой колеб-
лется в достаточно широких пределах. От нее же получают пита
ние электромагнитные катушки аппаратов и усилители формиро
ватели УФ. Блок питания БП обеспечивает стабилизированные
уровни питающих напряжений для логического блока, датчиков
положения аппаратов и измерительных датчиков.
Проведенные испытания контактно-аккумуляторного электро-
воза с бесконтактной системой управления показали его высокую
работоспособность. При нагрузке на крюке автосцепки 660 кН и то-
ке в каждой группе тяговых машин 250 А электровоз на подъеме
40%о развил скорость 10 км/ч при напряжении на тяговой аккуму-
ляторной батарее 450 В. Удельный расход на тягу в среднем при ис-
пытаниях составил 90 Вт-ч/(т-км), максимальная реализованная
скорость движения электровоза 50 км/ч, возвращено электроэнер-
гии в тяговую аккумуляторную батарею 14 -18%.
196
Глава VI
ЗАРУБЕЖНЫЕ ВАГОНЫ С ТЯГОВЫМИ МАШИНАМИ
ПОСТОЯННОГО ТОКА
18.	Вагоны метрополитенов Японии, США и ФРГ
Япония. Одно из ведущих мест в .мире по объему пассажирских
перевозок на метрополитенах занимает Япония. Условия, в кото-
рых эксплуатируют вагоны метрополитена в Японии, характеризу-
ются данными, приведенными в табл. 35.
С 1971 г. на линии № 9 Токийского метрополитена находятся в
эксплуатации 194 вагона серии «6000» с тиристорно-импульсной
системой регулирования. Из 194 вагонов 114 являются моторными,
а 80 прицепными. На вагонах в качестве служебного используется
рекуперативное торможение. При высоких скоростях движения,
(более 54 км/ч) для повышения тормозной силы наряду с электри-
ческим рекуперативным тормозом используется механический тор-
моз с пневматическим приводом. В качестве тяговых на вагонах
применены машины постоянного тока с последовательным возбуж-
дением (мощность 145 кВт при частоте вращения якоря 2300 об/мин
и скорости движения вагонов 54 км/ч). Тиристорно-импульс-
ные преобразователи, осуществляющие регулирование напряже-
ния на тяговых машинах, выполнены двухфазными, сконструиро-
ваны на основе тиристоров, имеющих номинальное напряжение
1300 В, номинальный ток 400 А и время восстановления запираю-
щих свойств 30 мкс, и диодов на напряжение 2800 В и ток 400 А.
Тиристоры в преобразователях соединены в две параллельные
группы по четыре последовательно включенных тиристора в каж-
дой группе. В общей сложности в преобразователе использованы
32 тиристора и восемь диодов. Охлаждение преобразователя воз-
душное, его масса вместе со сглаживающими реакторами и вход-
ным фильтром составляет 4060 кг, он рассчитан на номинальный
ток 850 А. Все четыре тяговые машины одного моторного вагона
соединены постоянно-последовательно и подключены к контакт-
ной сети с напряжением 1500 В через сглаживающие реакторы
Таблица 35
Показатель	Основные характеристики линий метрополитенов Японии			
	г. Токио	г. Осака	г. Саппоро	г. Нагой»
Протяженность линий, км	123	75,6	25.8	11.5
Число станций	115	75	27	
Средняя длина перегона, м Ширина колен, мм	1100	1000	1000	—-
	1067	1435	—	1435
Напряжение сети, В	600/1500*	750/1500	750/1500	600/1500
* На одних линиях напряжение сети составляет 600 В. а на других — 1500 В.
197
Рис. 69. Принципиальная схема сило
вых цепей вагона серин <6000» в режиме
тяги
CPI, CP2 и тиристорно-импуль-
сный преобразователь ТИП1,
ТИП2 (рис. 69). Каждая фаза
преобразователя работает с по-
стоянной частотой 330 Гц. При
этом частота пульсаций тягово-
го тока на фильтре преобразо-
вателя составляет 660 Гц. По-
следнее позволяет существенно
снизить влияние пульсаций тя-
гового тока на наземное элект-
рооборудование сигнализации и
связи и свести его к 'уровню,
в 1,5 раза меньшему, чем в поез-
дах с реостатным управлением.
Этому способствует также то,
что на каждом моторном вагоне
установлен весьма мощный
фильтр, имеющий индуктив-
ность 8 мГн и емкость 3200 мкФ.
Десятивагонный поезд фор-
мируется из шести моторных и
четырех прицепных вагонов, причем все тиристорные преобразо-
ватели моторных вагонов одного поезда объединены в многофаз-
ный блок, а импульсы управления на них подаются в шахмат-
ном порядке с определенной фазой. Таким образом реализуется
суперпонируемая многофазная многоканальная система управле-
ния.
Экономический эффект от внедрения вагонов серии «6000»
достигнут главным образом благодаря сокращению расхода элек-
троэнергии на тягу. Общее сокращение расхода энергии, отме-
ченное по результатам трехлетней эксплуатации, составило 41%
по сравнению с ранее эксплуатировавшимися вагонами серии
«5000» с реостатным управлением. При этом вследствие внедрения
тиристорного управления расход электроэнергии сократился с уче-
том рекуперации на 27%, а остальные 14% сокращения расхода
электроэнергии получены благодаря применению облегченных
алюминиевых кузовов вместо кузовов из нержавеющей стали.
Для линии № 8 Токийского метрополитена, которая по своим
параметрам несколько отличается от линии № 9, на базе вагонов
серии «6000» созданы и в 1975 г. пущены в эксплуатацию вагоны
серии «7000» с тиристорным управлением. Вагоны серии «7000»
заметно отличаются от вагонов серии «6000» по своим параметрам
и схеме силовых электрических цепей (рис. 70). Кроме этого, ваго-
ны серии «7000» отличаются от вагонов серии «6000» более широ-
ким диапазоном скоростей, в котором в качестве служебного ис-
пользуется только рекуперативное торможение. Максимальная
тормозная сила на вагонах серии «7000» реализуется со скорости
65 км/ч благодаря использованию силовой электрической схемы
с автоматическим ослаблением возбуждения тяговых машин.
198
Рис. 70. Принципиальная схема силовых цепей вагона серии *7000» в режимах
тяги (а| и торможения (6)
Секции вагонов серии «7000» формируют из одного прицепно-
го и четырех моторных вагонов, на которых установлены 16 тяго
вых машин с последовательным возбуждением. Часовая мощность
тяговой машины составляет 150 кВт при напряжении 375 В, токе
440 А и частоте вращения 2100 об/мин. Мощность продолжитель-
ного режима 145 кВт при 375 В, 425 А и 2150 об/мин.
Тиристоры, использованные в преобразователе, специально
разработаны для цепей тяги. Они рассчитаны на номинальное
напряжение 2500 В и ток 400 А. Время восстановления запи-
рающих свойств тиристоров составляет 30 мкс. Каждая фаза двух-
фазной преобразовательной установки работает с неизменной
частотой 330 Гц. Суммарная частота пульсаций тока на входном
фильтре составляет 660 Гц. Преобразовательная установка вклю-
чает в себя 16 тиристоров и 9 диодов. Она рассчитана на номиналь-
ный ток 850 А. Входной фильтр состоит из реактора индуктив-
ностью 8 мГн и конденсатора емкостью 3200 мкФ. Охлаждение
полупроводниковых элементов воздушное. Полная масса преобра-
зовательной установки имеете со сглаживающими реакторами и
входным фильтром составляет 3850 кг. Благодаря применению на
вагонах серии «7000» более совершенной по сравнению с вагонами
серии «6000» электрической схемы удалось повысить интенсив
ность рекуперативного торможения в зоне низких скоростей.
На вагонах серии «7000» оно сохраняет свою эффективность
практически до самой остановки.
Общая экономия электроэнергии от внедрения вагонов серии
«7000» по сравнению с вагонами серии «5000» составила 47%.
Из них 32% приходятся на долю тиристорного регулирования,
а 15% обеспечиваются вследствие сокращения массы тары вагона,
который изготовляется из легких алюминиевых сплавов. Токо
вые диаграммы двухвагонной секции поясняются рис. 71. Основ-
ные параметры секций приведены в табл. 36.
В г. Саппоро в 1976 г. вступила в строй новая линия метро-
политена «Восток—Запад» протяженностью 10,7 км. На этой ли-
199
Рис. 71. Диаграммы токов в цепи обмоток якорей тяговых машин вагона серин
«7000* в тяговом (а) и тормозном (б) режимах:
/ порожние вагоны; 2—360 пасс.
нии поезда формируют из двухвагонных секций, на каждой из ко-
торых установлено восемь тяговых машин. Мощность часового
режима одной тяговой машины составляет 90 кВт, а продолжи-
тельного — 70 кВт при напряжении 187,5 В, токе 430 А и частоте
вращения якоря 1900 об/мин.
Регулирование напряжения на тяговых машинах осуществля-
ется двухфазными импульсными тиристорными регуляторами, ра-
ботающими с постоянной частотой 200 Гц, причем вследствие
сдвига фаз частота пульсаций тока на входном фильтре состав-
ляет 400 Гц. В качестве служебного на вагонах используется
рекуперативное торможение.
Вагоны оборудованы автоматической системой управления ре-
жимами движения.
Таблица 36
Показатель	Значение показателя секции		
	.*>.вагонной «6000.	5-вагонноЙ «7000.	4 -ватонной (г. Саппоро)
Масса тары, т	141,8	169.5	99,2
Длина, м	100,0	100.0	72,0
Ширина, м	2.865	2,865	3.08
Вместимость общая, пасс.	630	720	484
Диаметр колеса, мм	978	860	—
Конструкционная скорость, км/ч	100	100	70
Ускорение, м/с*	—	0,917	0,97
Замедление, м/с’	—.	0,972	1.11
Напряжение на зажимах тяговой маши-			
ны, В	375	375	187,5
200
Таблица 37
Показатель	Значение показателя для линий города		
	Нью-Йорк	Вашингтон	Атлаита
Протяженность линии, км	22.4	27,5	22
Число станций	13	25	17
Средняя длина перегона, м	2115	1200	1500
Ширина колеи, мм		1430	
Напряжение сети, В	650	750	750
Таблица 38
Показатель	Значение показателя вагона		
	SOAC	S (г Вашинг- тон)	с (г Атлаита)
Масса тары, т	—	32.9	37
Длина, м	22.86	23,0	22,96
Ширина, м	2,994	3.094	3.2
Вместимость общая, пасс.	•V	208	
Диаметр колеса, мм	—	710	864
Конструкционная скорость, км/ч	128	120	1)4
Ускорение, м/с*	1.34	0.91	1.35
Замедление, м/с2	1.34	0,91	1.35
Число тяговых машин	—	4	4
Напряжение на зажимах тяговой маши-		X	
ны, В	600	—	600
США. Характерной особенностью метрополитенов США явля-
ется большое различие и средней длине перегонов. Например,
средняя длина перегона на метрополитене г. Чикаго составляет
около 1000 м, а на метрополитене г. Сан-Франциско 3700 м. Основ-
ные характеристики линий метрополитена некоторых городов при-
ведены в табл. 37.
Как на новых линиях, так и на старых вводится в эксплуата-
цию современный подвижной состав. Так, американские фирмы
«УМТА> и «Боинг> изготовили два вагона для городских желез-
ных дорог ряда городов США современной конструкции типа
SOAC. На этих вагонах на каждой тележке установлено по две
тяговые машины постоянного тока независимого возбуждения
мощностью по 129 кВт.
Для регулирования частоты вращения якоря тяговой машины
применяют тиристорные регуляторы. Время разгона до скорости
128 км/ч составляет 72 с, а время торможения со скорости 128 км/ч
до полной остановки — 28 с.
При испытании на полигоне в г. Пуэбло (штат Колорадо) при
максимальном ускорении 1,34 м/с2 эти вагоны развивали скорость
146 км/ч. Основные параметры вагонов приведены в табл. 38.
Для городских железных дорог г. Чикаго фирма «Боинг
Вертл» (США) в 1976 г. поставила 200 вагонов ACT длиной 14,6 м
и массой 22.68 т. Большинство вагонов (190 шт.) имеют кулачко-
7 Зан. I нт	201
вый реостатный контроллер, однако 10 вагонов оборудованы им-
пульсными тиристорными прерывателями, работающими с часто-
той регулирования 75—125 Гц. На каждой тележке установлена
одна тяговая машина.
В 1973 г. в г. Сан-Франииско была открыта первая линия ско-
ростной системы BART протяженностью 44 км. Применяются
вагоны типов А и В. Вагоны А имеют кабину управления. Все оси
вагонов обоих типов обмоторены. Тяговые машины (по одной на
каждую ось) последовательного возбуждения (рис. 72) имеют
мощность часового режима НО кВт. Регулирование частоты вра-
щения якорей осуществляют импульсными тиристорными регуля-
торами, которые работают с постоянной частотой. Все поезда
системы BART оборудованы устройствами электропневматичес-
кого и динамического торможения. Используется также рекупе-
ративное торможение. Система управления автоматически поддер-
100С8
Рис. 72. Принципиальная схема силовых цепе* вагона системы BART
202
живает ускорение, максимально допустимое по условиям сцеп-
ления. Средняя скорость движения вагона составляет 80 км/ч.
В мае 1977 г. был открыт первый участок метрополитена в
г. Вашингтоне, для которого разработан новый подвижной сос-
тав (вагоны типа S). Поезда метрополитена формируются из
восьми вагонов длиной по 23 м. Автоматическая система управле-
ния позволяет организовать движение поездов с интервалом
90 с. Вагоны изготовлены американской фирмой «Рохр Индастри»
и предназначены для эксплуатации в составе двухвагонной
секции. На каждой секции установлены четыре тяговые машины
мощностью часового режима 175 кВт при частоте вращения якоря
2100 об/мин.
Для городских железных дорог г. Атланты франко-бельгийская
фирма «Социети Франко Белге де Материал де Кемине де Фер»
изготовила современный подвижной состав, унифицированный с
подвижным составом экспресс-метро г. Парижа. Электрооборудо-
вание для вагонов поставила фирма Гаретт (США). Всего изготов-
лено 100 вагонов, которые выпущены трех типов: А, В, С Вагоны А
и В могут работать только в составе двухвагонной секции, а ва-
гон С может работать самостоятельно. Две тяговые машины
одной тележки включены постоянно-последовательно. Максималь-
ная частота вращения якоря машины 4250 об/мин. Время разгона
вагона до скорости 114 км/ч составляет 91 с. Регулирование ско-
рости осуществляется импульсными тиристорными регуляторами
с изменяемой частотой регулирования. Рекуперативное тормо-
жение осуществляется при напряжении в контактной сети менее
850 В. При возрастании напряжения в контактной сети свыше
900 В осуществляется переход на реостатное торможение.
В 80-е годы в США значительно возросла потребность в ва-
гонах метрополитена. Этим, а также успехами западноевропей-
ских и японских фирм в создании современного подвижного
состава объясняется тот факт, что железные дороги США в
1982 г. заключили контракты с рядом фирм Франции. Японии и
ФРГ на поставку в США сочлененных вагонов метрополитена с
импульсным тиристорным регулированием.
ФРГ. Одной из характерных особенностей развития метропо-
литенов в ФРГ является то, что в крупных городах, таких, как
Гамбург и Мюнхен, линии метрополитена объединяются с линиями
пригородных железных дорог. В ряде городов, например Нюрнбер-
ге, Штутгарте, вводятся в эксплуатацию новые линии метропо-
литена. Основные характеристики линий метрополитена некото-
рых городов приведены в табл. 39.
Подвижной состав метрополитена ФРГ проектируется в соот-
ветствии с требованиями, разработанными Объединением общест-
венных транспортных предприятий. На основе этих требований
западногерманскими фирмами «НВ» и «МВВ* построены 44 трех-
вагонные секции новых электропоездов серии 472/473 для метро-
политена г. Гамбурга. Конструктивно вагоны этой серии не отли-
7*	203
Таблица 39
Показатель	Значение показателя для линий города		
	Мюнхен	Нюрнберг	Г амбург
Протяженность линии, км	16,0	6.9	89.5
Число станций	19	II	80
Средняя длина перегона, м	880	690	1052
Ширина колеи, мм	1435	1435	1435
Напряжение сети, В	750	750	750
чаются от электропоездов серии 420/421, предназначенных для
метрополитена г. Мюнхена. Концевые вагоны секции имеют по
одной кабине управления. Все вагоны моторные, оснащены тяго-
выми машинами постоянного тока. Мощность часового режима
тяговой машины составляет 125 кВт при напряжении 64М) В. токе
230 А, частоте вращения якоря 1170 об/мин (39 км/ч) и 70%-ном
возбуждении. Масса тяговой машины 1340 кг. Среднее ускорение
вагона при разгоне до скорости 100 км/ч (3000 об/мин) состав-
ляет 0,67 м/с2. Две тяговые машины одной тележки соединены
постоянно-последовательно.
Регулирование напряжения на тяговых машинах осуществля-
ется групповым переключателем с электрическим приводом, име-
ющим 31 позицию, из которых четыре используются для ослабле-
ния возбуждения до 39%. В режиме реостатного торможения осу-
ществляется плавное индивидуальное регулирование тока воз-
буждения с помощью полууправляемых выпрямителей, питающих-
ся от трехфазной бортовой сети. Основные параметры секции при-
ведены в табл. 40.
Таблица 40
Показатель	Значение показателя полип ж кого состава				
	г. Мюн- хен	Сочле' ценный НИ, ,11, В	ДТЗ г 1 ам бург	г Штут- гарт	3-пагон • ан сек- ция 472/473
Масса тары, т	24,5	38.9	46,65	54	
Длина, м	18.0	28.0	39.12	37.55	65,82
Ширина, м	2.9	2,65	2.48	2.9	2.9
Вместимость обтай, пасс.	108	210	164	зов	698
Диаметр колеса, мм Передаточное отношение редук-		740	860	800	850
тора Конструкционная скорость.	—•	4,455	—	5.89	4,59
км/ч	80	100	80	80	100
Ускорение, м/с2	15	1,1	1.2	—	1,15
Замедление, м/с*	1.2	1.2	1.2	—	0,95
Число тяговых машин Напряжение на зажимах тяго-	2	2	8	4	12
вых машин	—	750	—	750	600
204
В 1977 г. Объединением транспортных предприятий г. Мюнхена
приобретено 144 вагона метрополитена повышенной вмести-
мости. Новые вагоны оборудованы системами автоматического
управления движением и рекуперативного торможения. На каж-
дой тележке установлена одна тяговая машина мощностью 180 кВт
западногерманской фирмы «Сименс». Это позволяет вагону разви-
вать скорость 80 км/ч за 40 с. При этом средняя эксплуатаци-
онная скорость составляет 35 км/ч при времени стоянки 20 с.
Службами движения г. Мюнхена и заводом МВВ (ФРГ) пере-
оборудован двойной моторный вагон метрополитена под тирис-
торное управление. На секции установлены тяговые машины пос-
тоянного тока 41 KB23I6-OMPO2 с компенсационными обмотками,
имеющие мощность 255 кВт при напряжении 750 В. Два тиристор-
ных регулятора рассчитаны на напряжение 750 В и пусковой
ток 500 А. Рабочая частота каждого прерывателя постоянна и
равна 250 Гц. Регуляторы работают со сдвигом фаз на 180".
Максимальная скорость секции составляет 95 км/ч, постоянное
ускорение поддерживается до скорости 49 км/ч. Торможение сек-
ции реостатно-рекуперативное. Ускорение поддерживается на
уровне, определяемом пределом, допустимым по условиям сцепле-
ния колеса с рельсом.
Подвижной состав метрополитена г. Штутгарта формируется
из двухвагонных секций. Вагоны оборудованы мономоторными те-
лежками. на которых установлены тяговые машины постоянного
тока мощностью продолжительного режима 260 кВт при напряже-
нии 750 В, токе 380 А и 95%-ном ослаблении возбуждения Ре-
гулирование напряжения на тяговых машинах осуществляется им-
пульсными тиристорными регуляторами, работающими с частотой
250 Гц. В качестве служебного используется рекуперативное тор-
можение.
0	20 <rf 00 80 9,кп/ч
6)1, А
600
500
<>00
500
200
100
0	20 й0 60 80 цкн/ч
Аварийное торпожение					
					
					
	Полис	1» наг	оузла		
”57	1	i				
					
	Пора»	гний 6	агон		
					
Рис 73. Диаграммы токов в цепи обмоток якорей тяговых машин вагона В в тя-
говом (а) и тормозном (б) режимах
205
Вагоны серии В спроектированы по типу вагонов для гг. Кель-
на и Бонна. Двухсекционный сочлененный моторный вагон имеет
одну бегунковую и две моторные тележки, на каждой из которых
установлена тяговая машина I КВ2021-4МСО2 постоянного тока
последовательного возбуждения (мощность часового режима
235 кВт при напряжении 750 В, токе 350 А, частоте вращения
якоря 1450 об/мин и 75%-ном ослаблении возбуждения). Мощ-
ность тяговой машины в продолжительном режиме составляет
200 кВт при 750 В, 325 А. Максимальная частота вращения
3500 об/мин. Обеспечивается ускорение 1,15 м/с2 до скорости
38 км/ч, которая достигается за 10 с. Максимальная скорость
развивается на горизонтальном участке пути за 75 с, при этом
пройденный путь составляет 1,3 км.
Регулирование напряжения на тяговых машинах осуществля-
ют контроллером с 24 позициями. Магнитное поле тяговых машин
регулируют в четыре ступени (75,55,45 и 30% ослабления возбуж-
дения). На вагоне используют реостатное торможение с подпит-
кой обмоток возбуждения в начале торможения от аккумуля-
торной батареи. Токовые диаграммы вагона поясняются рис. 73.
19.	Вагоны метрополитенов Великобритании,
Франции, Швеции и Финляндии
Великобритания. Основные характеристики линий метрополи-
тена Великобритании приведены в табл. 41.
Линия «Виктория» Лондонского метрополитена является од-
ной из самых автоматизированных линий в мире. Разгон, выбег
и торможение поездов, а также их точная остановка на стан-
ции осуществляются автоматически. При отправлении на поезд
поступает сигнал с частотой 420 Гц. Во время движения со ско-
ростью до 40 км/ч в тяговом режиме сигналы, поступающие
на поезд, имеют частоту 270 Гц, при выбеге частота сигналов
составляет 180 Гц. Отсутствие сигналов воспринимается автома-
тическими системами поезда как команда на торможение. Ско-
рость поезда постоянно сравнивается с заданной с помощью
тахометрических генераторов.
Вагоны Д78 для линии «Виктория» (450 вагонов) построены
английской фирмой «Метро-Кемелл». Поезда на линии формируют
из трехвагонных секций, которые состоят из двух моторных
и одного прицепного вагонов. Конструкция новых вагонов осно-
вана на принципах, сформулированных для подвижного состава
линии «Пикадилли». Моторный вагон содержит все необходимое
электрооборудование для автономного движения. Тяговые маши-
ны мощностью 59 кВт последовательного возбуждения имеют
максимальный ток 475 А при пиковой нагрузке вагона.
Регулирование частоты вращения якорей тяговых машин осу-
ществляют кулачковым контроллером. Ослабление возбуждения
осуществляют тремя ступенями (75, 57, 42%). Вагоны оборудо-
206
Таблица 41
Показатель	Значение показателя для линий города		
	Лондон	Глазго	Ньюкасл
Протяженность линии, км	381,1	10.5	55,6
Число станций	248	15	42
Средняя длина перегона, м	1300	700	1.3ГХ)
Ширина колеи. мм	14.35	1435	1435
Напряжение сети. В	600	600	1500
ваны авторежимным устройством. Реостатное торможение воз-
можно со скорости 100 км/ч. На линии используют систему авто-
ведения, которая позволяет обеспечить автоматический разгон до
заданной скорости и затем переход на автоматическое торможе-
ние. Основные параметры вагона Д78 приведены в табл. 42.
Английская фирма «Метро-Кемелл» изготавливает шестиосные
вагоны для метрополитена г. Ньюкасла. Электрооборудование для
этих вагонов поставляет известная английская фирма «ГЕС Тран-
шей». Вагоны имеют две моторные тележки, на которых установ-
лены две тяговые машины постоянного тока с компенсационной
обмоткой, изготовленные западногерманской фирмой «Сименс».
Мощность продолжительного режима каждой тяговой машины
составляет 185 кВт. Регулирование напряжения на тяговых
машинах осуществляется кулачковым контроллером. Ослабление
возбуждения происходит в две ступени. Реостатное торможение
сохраняет эффективность до скорости 8 км/ч. Система управления
поддерживает постоянное ускорение независимо от загрузки
вагона. Предусмотрена система зашиты от юза и боксования.
Основные характеристики вагона приведены в табл. 42.
Франция. Основные параметры линий метрополитенов Фран-
ции приведены в табл. 43, причем для г. Парижа данные пред-
ставлены только для новой экспресс-линии
Таблица 42
Показатель	Значения показателя для линии города	
	Лондой (вагон Д78)	Ньюкасл
Масса тары, т	76	
Длина, м	53,84	—
Ширина, м	2.9	—
Вместимость общая, пасс.	605	200
Диаметр колеса. мм	785	—
Конструкционная скорость, км/ч	100	80
Ускорение, м/с2	1.15	1.0
Замедление, м/с2	1.0	1.3
Напряжение на зажимах тягоной маши-		
ны. В	300	750
Напряжение сети. В	1200	1500
207
Таблица 43
Показатель	Значение показателя .ия линии города			
	Париж	Лион	Марсель	Лилль
Протяженность линии, км	74.9	14.5	9	8.5
Число станций	51	22	12	10
Средняя длина перегона, м	1560	660	780	850
ширина колеи. мм	1443		1435	—
Напряжение сети. В	1500	750	750	—
Примечание Данные приведены по состоянию на 1983 г
Подвижный состав, предназначенный для эксплуатации на
этих линиях, оборудован системами автоматического управления
режимами движения и рекуперативным торможением. На всех
вагонах^ за исключением вагонов метрополитена г. Марселя,
используют мономоторные тележки и импульсные тиристорные
регуляторы для управления режимами тяги и торможения.
На линиях Парижского метрополитена, начиная с 1977 г.,
эксплуатируются вагоны МФ-77, которые выпускаются в трех мо-
дификациях: головной моторный вагон с кабиной управления,
моторный вагон без кабины управления и прицепной вагон. В об-
щей сложности поставлено более 1000 таких вагонов. Секции
формируют из трех моторных и двух прицепных вагонов. Мотор-
ные вагоны (рис. 74) имеют мономоторные тележки, на которых
установлены тяговые машины постоянного тока последователь-
ного возбуждения с компенсационной обмоткой. Мощность про-
должительного режима тяговой машины составляет 266 кВт
(720 В. 400 А, 1300 об/мин), максимальная частота вращения
якоря 3055 об/мин, максимальное ослабление возбуждения 76%.
Масса тяговой машины 1500 кг.
Регулирование частоты вращения якоря осуществляют двух-
фазным тиристорным импульсным регулятором «КЕСАП» мощ-
ностью 750 кВт, который работает с постоянной частотой 600 Гц
Рекуперативное торможение включается только при наличии
в сети потребителя. Тормозная сила вагона корректируется сис-
темой контроля загрузки вагона и противоюзной системой. Основ-
ные параметры трехвагонных секций приведены в табл. 44.
В 1975 г. завершились эксплуатационные испытания первой
трехвагонной секции лионского метрополитена (СЕМАЛИ).
Секция сформирована из двух моторных и одного прицепного
вагонов Электрооборудование для вагонов поставляет фирма
«С.Ст.Е.Е. — Альстом» (Франция). Моторные вагоны оснащены
мономоторными тележками, на которых установлены тяговые ма-
шины постоянного тока последовательного возбуждения, имеющие
мощность 217 кВт. Регулирование напряжения на тяговых маши-
нах, а также регулирование их токов возбуждения осуществляют-
208
Рис. 74. Принципиальная схема силовых цепей вагона МФ-77
ся импульсными тиристорными регуляторами. В качестве слу-
жебного используется рекуперативное торможение.
Для удобства эксплуатации оборудования и ухода за ним
тяжелые элементы, такие как мотор-ком прессоры, аккумулятор-
ные батареи, тиристорные преобразователи собственных нужд,
снабжены разиками, что облегчает их перемещение. В результате
этого демонтаж, например тиристорного преобразователя, за-
Таблица 44
Показатель	Значение показателя для линии города			
	Париж	Лион	Марсель	Лилль
Масса тары, т	72,43	78	73	26,6
Длина, м	77,5	54,37	49.07	26,0
Ширина, м	2,46	2.89	2.6	2,6
Вместимость общая, пасс.	357	384	216	124
Диаметр колеса, мм Конструкционная скорость.	860		965	
км/ч Техническая скорость.	100	90	80	80
км/ч	52	35	35	—
Ускорение, м/с3	0,8	1.2	1.2	1,3
Замедление, м/с3	1.0	1.2	1.2	1.3
Число тяговых машин Напряжение на зажимах тя-	4	4	8	4
горой машины, В	750	—	—	—
209
нимает не более 15 мин. В конструкции вагонов применены
экструдированные алюминиевые профили для основных узлов.
Обшивка кузова выполнена с помощью стеклопластика. Вагоны
оборудованы системой автоматического управления. Она управля-
ет разгоном и торможением и поддерживает заданный интервал
движения между поездами, равный 90 с.
В 1977 г.- введен в эксплуатацию метрополитен г. Марселя.
На его линиях курсируют трехвагонные поезда, состоящие из
двух моторных и одного прицепного вагонов. До 1983 г. была
поставлена 21 секция. Каждый моторный вагон оборудован че-
тырьмя тяговыми машинами 4ЕЛС-2330. Мощность часового ре-
жима тяговой машины 130 кВт, масса 650 кг.
Регулирование напряжения на тяговых машинах осуществля-
ется с помощью реостатного контроллера. В режиме торможения
используется схема с независимым возбуждением тяговых машин,
позволяющая обеспечивать рекуперативное торможение. Техни-
ческая скорость поезда составляет 35 км/ч без учета времени
стоянки на станции.
Для метрополитена г. Лилля французская фирма «Энжине
Матра» поставила 38 двухвагонных поездов. Каждый вагон поезда
моторный. На тележке установлена одна тяговая машина постоян-
ного тока последовательного возбуждения, имеющая мощность
180 кВт. Максимальная частота вращения якоря тяговой машины
3200 об/мин при скорости вагона 80 км/ч. Регулирование напря-
жения в процессе пуска и рекуперативного торможения осуще-
ствляют тиристорным регулятором, работающим с постоянной
частотой. Рекуперативное торможение поддерживают до низкой
скорости с наложением при малых скоростях пневматического
торможения.
Швеция и Финляндия. Шведская фирма «АСЕА» изготовила
100 вагонов серии С7 для метрополитена г. Стокгольма. Эксплуа-
тация вагонов осуществляется на линиях протяженностью 90 км,
с числом станций 90, средней длиной перегона 1000 м, шириной
катен 1435 мм, напряжением в сети 750 В.
Секции формируют из моторных вагонов. На каждом вагоне
установлено по четыре тяговые машины независимого возбужде-
ния, имеющие мощность продолжительного режима ПО кВт при
напряжении 750 В. Максимальная мощность, развиваемая тяговой
машиной при пуске, 150 кВт, при торможении — 175 кВт. Регу-
лирование напряжения в режимах пуска и рекуперативного тор-
можения осуществляют четырехфазным тиристорным регулято-
ром. Отдельный тиристорный регулятор предусмотрен для реостат-
ного торможения Он выполнен трехфазным. Обмотка возбуж-
дения каждой тяговой машины питается от индивидуального
однофазного преобразователя, который получает электроэнергию
от трехфазного вращающегося преобразователя. Частота работы
трехфазного регулятора напряжения в начале пуска увеличива-
ется от 100 до 200 Гц на фазу, а затем поддерживается пос-
тоянной.
210
Двухвагонная секция (рис. 75) имеет следующие параметры:
масса тары 50 т, длина 34,8 м, вместимость общая 312 пасс.,
диаметр колеса 864 мм, конструкционная скорость 90 км/ч, тех-
ническая скорость 39 км/ч, ускорение 1,3 м/с2, замедление
1,1 м/с2.
Фирма «АСЕА» изготавливает электрооборудование для ваго-
нов метрополитена г. Брюсселя. Здесь поезда также формируются
из двухвагонных секций. На каждой тележке вагона установлена
одна тяговая машина, имеющая мощность продолжительного
режима 264 кВт при напряжении 375 В, токе 820 А и частоте вра-
щения якоря 1688 об/мин. Максимальный пусковой ток тяговой
машины 1200 А, ее масса 1300 кг, максимальная частота вращения
якоря 3180 об/мин.
На каждом вагоне установлено два тиристорных регулятора,
в которых использованы тиристоры на номинальный ток 500 А н
рабочее напряжение 1400 В. Время восстановления запирающих
свойств тиристоров 60 мкс. Тиристорный регулятор рассчитан на
номинальное напряжение 750 В и максимальный ток 850 А. Мощ-
ность продолжительного режима прерывателя 615 кВт при продол-
жительном токе 820 А. Частота работы регулятора постоянна и
равна 250 Гц.
В качестве служебного на вагонах используется рекупера-
тивное торможение. При отсутствии потребителей в контактной
сети автоматически осуществляется переход на реостатное тор-
можение. Двухвагонная секция (рис. 76) имеет следующие пара-
метры: масса тары 60 т. длина 36,4 м, ширина 2,7 м, вместимость
Рис. 75. Принципиальная схема силовых цепей двухвагонной секции серии С7
211
1501
Рис. 76. Принципиальная схема силовых цепей вагона фирмы АСЕА
общая 210 пасс., диаметр колеса 830 мм, передаточное отношение
редуктора 5,945, конструкционная скорость 72 км/ч, ускорение
1,16 м/с2. замедление 1,1 м/с2, число тяговых машин на секции 4.
В Финляндии метрополитен эксплуатируется в г. Хельсинки.
Протяженность его линий на 1983 г. составила 11.5 км при числе
станций 9. Средняя длина перегона 1440 м, ширина колеи 1524 мм,
напряжение сети 750 В.
Первые вагоны серии Ml-6 с импульсным тиристорным регули-
рованием тяговых машин постоянного тока были изготовлены
финской фирмой «Валмет» в 1972 г. Поезд из таких вагонов сфор-
мирован из двухвагонных секций. На каждом вагоне установлены
четыре тяговые машины независимого возбуждения, имеющие
мощность 85 кВт при скорости 28 км/ч. Напряжение на тяговых
машинах и ток в их обмотках возбуждения регулируются тирис-
торными импульсными регуляторами по схеме, приведенной на
рис. 77. Каждый тиристорный регулятор напряжения работает с
частотой 400 Гц, причем общая частота пульсаций тока на вход-
ном фильтре двухвагонной секции составляет 1600 Гц.
В начале пуска тяговых машин для уменьшения бросков пус-
кового тока частоту работы тиристорных регуляторов кратковре-
менно снижают до 100 Гц. Импульсные регуляторы токов воз-
буждения подключены непосредственно к контактной сети и рабо-
212
тают с постоянной частотой 150 Гц. На вагонах в качестве служеб-
ного используется реостатное торможение. Вагоны серин Ml-6
имеют следующие параметры: масса тары 28 т, длина 21,5 м,
ширина 3.2 м, вместимость общая 200 пасс., конструкционная
скорость 80 км/ч, ускорение 1,2 м/с2, замедление 1,2 м/с2, на-
пряжение на тяговой машине 375 В.
Анализ зарубежного опыта по созданию и основным направ-
лениям совершенствования тягового привода вагонов метрополи-
тена показывает, что современный подвижной состав метрополи-
тена активно оснащается импульсными тиристорными преобразо-
вателями постоянного тока, причем во многих странах выпус-
каются крупные серии вагонов с импульсным регулированием
частоты вращения тяговых машин. Тиристорные преобразователи
выполняются в основном многофазными, их комплектуют специ-
ально разработанными для целей тяги тиристорами и диодами.
Это позволяет значительно уменьшить массу и габаритные разме-
ры преобразователей, фильтровых и сглаживающих устройств.
Вагоны, как правило, оснащают тяговыми машинами постоянного
тока в основном с последовательным возбуждением. Часовая
мощность тяговых машин лежит в диапазоне от 70 до 300 кВт.
причем наиболее распространенной является часовая мощность
120—130 кВт на одну ось. Часовой ток тяговых машин составляет
320—450 А. максимальная частота вращения якоря от 3000 до
4250 об/мин, а их масса на единицу номинальной мощности
находится в пределах от 6 до 9 кг/кВт.
Мощность современного подвижного состава метрополитена
на единицу массы при нормальном наполнении вагонов составля-
ет 15—18 кВт/т.
Рис. 77. Принципиальная схема силовых цепей вагона серии Ml-6
213
Рис. 78. Кривые пуска и гирможения
вагонов:
/—SO АС США. 2—скоростной дороги
BART США; 3 81.717, 81.714 СССР. 4-
лерспсктивных СССР
кими к конструкционным. Так, д
На вагонах в качестве слу-
жебного наряду с реостатным
широко используют рекупера-
тивное торможение.
Скоростные показатели под-
вижного состава зависят как от
мощности тягового привода, так
и от условий эксплуатации.
Для большинства вагонов зна-
чения ускорений и замедлений
составляют 1,1 1,4 м/с1 при
темпе нарастания 0,6 м/с3. Зна-
чения конструкционных скоро-
стей в зависимости от длины пе-
регонов, на которых эксплуати-
руется подвижной состав, со-
ставляют от 70 до 130 км/ч, при-
чем скорости 70—90 км/ч соот-
ветствуют длинам перегонов до
1000 м, а скорости 90—
130 км/ч—длинам перегонов
свыше 1000 м
В реальной эксплуатации
вагоны метрополитена часто
следуют со скоростями, близ-
большинства зарубежных ваго-
нов метрополитена в качестве основных данных о них указывается
время достижения скоростей 80 и 100 км/ч. Как правило, время
разгона до скорости 80 км/ч составляет 25—40 с, а до скорости
100 км/ч — от 42 до 75 с.
В заключение следует отметить, что среди вагонов метропо-
литена, построенных иностранными фирмами, наилучшей тяговой
динамикой обладают вагоны США типа SOAC и вагоны скорост-
ной дороги BART (см. соответственно кривые I и 2 на рис. 78).
Глава VII
ЗАРУБЕЖНЫЕ ВАГОНЫ С АСИНХРОННЫМИ ТЯГОВЫМИ
МАШИНАМИ
20.	Общие сведения
Развитие силовой полупроводниковой техники привело к ис-
пользованию на вагонах метрополитена тягового привода пере-
менного тока на основе асинхронных машин с короткозамкну-
тым ротором. Роль коллектора как преобразователя постоянного
тока в переменный ток регулируемой частоты в тяговом приводе
переменного тока выполняет полупроводниковый преобразователь
214
частоты. При пуске асинхронной тяговой машины необходимо
регулировать уровень и частоту трехфазного напряжения, питаю-
щего ее обмотки. Для этого разработан ряд преобразовательных
схем. В некоторых из них регулирование уровня и частоты на-
пряжения осуществляется одним аппаратом, например, трехфаз-
ным автономным инвертором напряжения. В других регулирование
уровня напряжения осуществляется тиристорным импульсным
преобразователем постоянного тока, а регулирование частоты
трехфазным автономным инвертором тока.
Схемы однофазных автономных инверторов, на основе которых
создаются схемы трехфазных инверторов, приведены на рис. 79.
В автономном инверторе напряжения (рис. 79.0) при одновремен
ном отпирании тиристорных ключей TKI, ТК2 напряжение источ-
ника питания прикладывается к нагрузке в направлении от катода
TKI к аноду ТК2. При запирании ключей TKI. ТК2 и отпирании
ключей ТКЗ, ТК4 напряжение прикладывается к нагрузке п
обратном направлении. Таким образом осуществляется инверти-
рование прикладываемого к нагрузке напряжения. Диоды служат
для «сброса» избыточного напряжения, возникающего в схеме при
индуктивном характере нагрузки.
В автономном инверторе тока (рис. 79.6) на входе преобра-
зователя включен реактор Р, который выполняет роль фильтра для
тока источника питания. При наличии реактора, обладающего
большой индуктивностью, процессы изменения тока источника
носят более плавный, сглаженный характер. Одним из преиму-
ществ инвертора тока по сравнению с инвертором напряжения
Рис. 79. Схемы автономных инверторов напряжения (а), токов (6) н инвертора с
накопителями энергии, (в)
215
является возможность использовать более простые схемы вспомо-
гательных коммутирующих цепей для запирания тиристорных клю-
чей TKI—TK4.
Общим недостатком инверторов напряжения и тока (см
рис. 79,а, б) является возможность протекания аварийных токов от
источника питания через нагрузку при сбоях в работе тиристор-
ных ключей, так как с их помощью нагрузка подключается не-
посредственно к источнику питания. Если инвертор используется
в тяговом приводе, протекание аварийных токов может привести
к возникновению ударных моментов в тяговой передаче. Для
исключения этой возможности используют инвертор с накопителя-
ми энергии (рис. 79,в). Здесь реактор Р разделен на две части и в
схему дополнительно включены токонаправляющие диоды VI, V2.
При отпирании тиристорных ключей ТК!, ТК2 напряжение источ-
ника питания прикладывается к промежуточному реактору PI.
В реакторе возрастает ток и запасается электромагнитная энер-
гия. При запирании тиристорных ключей TKI. ТК2зтл электромаг
нитная энергия передается в нагрузку по цепи: PI — нагрузка —
VI. Аналогичным образом работают тиристорные ключи ТКЗ,
ТК4, которые отпираются, когда заперты тиристорные ключи TKI,
ТК2. Запирание тиристорных ключей ТКЗ, ТК4 вызывает прохож-
дение через нагрузку тока в направлении, обратном направле-
нию тока. протекающего по нагрузке посте запирания тиристорных
ключей TKI.TK2.
Известно большое число схем автономных инверторов. Вы-
бор того или иного варианта схемы для использования на э.п.с.
зависит, как правило, от целого комплекса вопросов технического
и экономического характера.
21.	Схема силовой цепи электросекцин с инвертором напряжения
Фирмы «АЭГ Телефункен АГ» и «Кренстен Коппель» (Запад-
ный Берлин) создали мощный асинхронный тяговый привод для
двухвагонной электросекции E74/F76 метрополитена Западного
Берлина. Силовая цепь электросекцин (рис. 80) включает автоном-
ный инвертор из шести тиристорных ключей ТК. каждый из кото-
рых наряду с главными тиристорами содержит узлы принудитель-
ной искусственной коммутации, состоящие из коммутирующих
конденсаторов, коммутирующих дросселей и дополнительных ти-
ристоров (на схеме не показаны). Для обеспечения постоянной
готовности узлов искусственной коммутации к работе заряд их
коммутирующих конденсаторов осуществляется от специального
зарядного устройства ЗУ. питающегося от аккумуляторной бата-
реи АБ. Диоды VI—V6 служат для циркуляции реактивной энер-
гии внутри преобразователя, так как асинхронная машина являет-
ся ее потребителем.
Обмотки восьми асинхронных тяговых машин соединены па-
раллельно и питаются от одного автономного инвертора. Напри-
216

Рис. 80. Принципиальная схема хлектрических цепей двухвагонной секции F74/F76
жение на инвертор подается от сети постоянного тока напряжени-
ем 750 В через быстродействующий выключатель БВ и входной
/-ф-Сф-фильтр. В режиме тяги при работе тиристорных ключей
ТК контакты шунтирования КШ замкнуты. При этом тормозные
резисторы зашунтированы. Напряжение с выхода инвертора по-
ступает непосредственно на трехфазную систему сборных шин, к
которой подключены четыре сдвоенные тяговые асинхронные
машины.
На каждой машине установлено устройство для измерения
числа оборотов. Информация о числе оборотов вводится в схему
управления автономным инвертором, которая обеспечивает регу-
лирование напряжения и частоты тока обмоток асинхронных
машин по определенному закону. Этот закон формируется при
выборе машинистом рукояткой контроллера того или иного пус-
кового положения. В начале пуска асинхронных машин тиристор-
ные ключи ТК переключаются с частотой I 2 Гн. При этом к об-
мотке статора асинхронных машин подводится напряжение, сос-
тавляющее 2—5% напряжения контактной сети. Регулирование
подводимого напряжения обеспечивается путем изменения коэф-
фициентов заполнения тиристорных ключей (широтно-импульсная
модуляция). По мере разгона вагонов постепенно повышается
напряжение на обмотках статора асинхронных машин и увели-
чивается частота тока в них. Последнее осуществляется путем
повышения частоты работы тиристорных ключей, импульсы управ-
ления на которые начинают поступать чаще.
217
На обмотки асинхронных машин подаются прямоугольные им-
пульсы напряжения. В течение каждого периода регулирования
изменяется ширина и полярность импульсов напряжения, подво-
димых к каждой фазе асинхронной машины. В результате формы
кривых фазового тока получаются близкими к синусоидальным.
Содержание высших гармоник в кривых фазового тока зави-
сит от частоты импульсной модуляции, разности между напряже-
нием на нагрузке и напряжением контактной сети, режима рабо-
ты привода. Для подавления высших гармоник на входе автоном-
ного инвертора установлен /.ф-Сф-фильтр. Поэтому из цепи ис-
точника питания потребляется практически постоянный ток.
В режиме тяги регулирование мощности привода осущест-
вляется аналогично регулированию мощности привода с тяговы-
ми машинами постоянного тока. При пуске момент на валу тяго-
вых машин поддерживается постоянным, мощность, развиваемая
тяговым приводом, постепенно увеличивается до максимального
значения. Затем мощность привода поддерживается на макси-
мальном уровне и уменьшается магнитный поток тяговых машин.
В конце регулирования с ростом частоты вращения роторов тя-
говых машин мощность, реализуемая тяговым приводом, посте-
пенно уменьшается.
В режиме тяги тиристорный инвертор, питающий восемь тя-
говых асинхронных машин, имеет следующие выходные пара-
метры: фазное напряжение 560 В, ток одной фазы 800 А. мощность
775 кВ-А. Типовая мощность инвертора при входном напряжении
900 В составляет 930 кВ-А. Инвертор работает с несущей часто-
той 600 Гц при выходной частоте тока 30 Гц.
Как отмечают разработчики привода, асинхронные машины,
установленные на секции, не удалось выполнить с оптимальными
массо-габаритными показателями из-за необходимости обеспе-
чить их работу в режимах, аналогичных режимам коллекторных
машин, а также из-за того, что для реализации наибольшей
тормозной силы в диапазоне скоростей, превышающих 35 км/ч,
машины должны работать с повышенным напряжением и вклю-
ченными резисторами. С учетом этих ограничений при мощности
продолжительного режима 70 кВт и частоте 60 Гц тяговая машина
имеет массу 1035 кг. номинальная частота вращения ротора сос-
тавляет 1155 об/мин, наибольшая 2834 об/мин, продолжительный
ток 92 А, номинальное напряжение 560 В, cosq>=0,85, диапазон
рабочих частот 2—150 Гц. Пусковая мощность машины 75 кВт при
напряжении 560 В и токе 100 А, тормозная мощность 130 кВт
при 900 В и 100 А. Машина выполнена шестиполюсной с изоля-
цией класса нагревостойкости F. Номинальное скольжение сос-
тавляет 4%. воздушный зазор 1 мм. Остов машины круглый, его
диаметр 500 мм, длина машины 964 мм. Для ограничения токов
короткого замыкания индукция рассеяния выбрана равной 4.2 мГн
на фазу. Магнитная система машины выполнена ненасыщенной
для уменьшения добавочных потерь при импульсном регулирова-
218
нии в диапазоне частот 2—60 Гц. Это позволяет в режиме трога-
ния с места реализовать большие значения момента при том же
значении тока путем увеличения потока асинхронной машины.
Как показали измерения, пульсации момента на валах тяговых
машин, вызванные несинусоидальностью токов, не превосходят
10%
Общее превышение массы асинхронного привода по сравне-
нию с массой серийного привода вагонов с реостатно-контактор-
ным управлением составило 1700 кг. Однако предполагается,
что переход на двухступенчатый редуктор с передаточным отно-
шением 1:8 позволит повысить частоту вращения роторов асин-
хронных машин до 4000 об/мин и заметно сократить их массу,
что вызовет сокращение общей массы привода.
Для нормальной работы автономного инвертора необходимо,
чтобы во всех режимах напряжение на конденсаторе входного
фильтра имело достаточный уровень. В режиме электричес-
кого торможения при проезде токораздела конденсатор входного
фильтра заряжается до требуемого напряжения от аккумулятор-
ной батареи через зарядное устройство ЗУ. Поэтому процесс элек-
трического торможения может начинаться независимо от нали-
чия напряжения в контактной сети. Переход из режима тяги в
режим торможения осуществляется путем отключения контакто-
ров КШ и изменения частоты работы инвертора в сторону умень-
шения. При этом асинхронные машины переходят в генераторный
режим, а импульсный инвертор выполняет функции управляемого
выпрямителя. Для согласования мощности асинхронных машин в
режиме торможения с установленной мощностью автономного
инвертора в цепь обмоток асинхронных машин включены тормоз-
ные резисторы /?т, которые при низких скоростях движения вы-
водятся контакторами КШ. На этих резисторах рассеивается
часть тормозной энергии в диапазоне высоких скоростей тормо-
жения. При отсутствии в сети потребителей рекуперируемая
энергия через тормозной преобразователь поступает в допол-
нительные тормозные резисторы и рассеивается в них. Наиболь-
шее значение тормозной мощности электросекции составляет
1)60 кВт, в то время как тяговая мощность продолжительного
режима вагона 560 кВт. Максимальная тормозная сила, создава-
емая восемью тяговыми машинами, равна 84 кН, максимальная
сила тяги 75 кН.
Эксплуатационные испытания моторвагонного электропоезда
с трехфазными асинхронными машинами были проведены в мет-
рополитене Западного Берлина в 1977 г. Испытания показали,
что в нормальных условиях эксплуатации благодаря тому, что
на метрополитене Западного Берлина применяется сквозное сое-
динение зон питания и практически всегда рекуперируемая
энергия потребляется электропоездами, находящимися на других
подстанционных зонах, возможна экономия энергии в размере
около 30% по отношению к электропоездам серии F с реостатным
219
управлением. При этом было учтено, что в случае эксплуатации
на линии только электропоездов с асинхронными тяговыми
машинами не вся энергия рекуперации может быть потреблена
нерекуперирующими поездами из-за общего сокращения расхода
электроэнергии на тягу поездов. В отчете об испытаниях отмеча-
лось, что аналогичные результаты по экономии электроэнергии
на тягу были получены в процессе испытаний э.п.с. постоянного
тока с импульсными преобразователями, проведенных при под
держке Министерства научных исследований и технологии ФРГ.
В ходе испытаний электросекции проверялась работа заши-
ты от юза и боксонания, проводились экспериментальные изме-
рения мешающего влияния пульсаций тягового тока, вызываемых
работой инвертора, на устройства сигнализации и связи метро-
политена. испытывались нестационарные режимы работы электро-
оборудования.
Испытания защиты от юза и боксования проводились в усло-
виях, когда поверхность рельсов была предварительно покрыта
машинным маслом. Ввиду того что все тяговые машины соеди-
нены параллельно, а выходная частота инвертора устанавливает-
ся по средней частоте вращения роторов восьми тяговых машин
даже в искусственно созданных исключительно неблагоприятных
условиях сцепления процессы пуска и торможения моторвагонной
секции носят оптимальный характер. Благодаря своевременному
снижению вращающего момента боксование и юз устранялись
без существенных потерь силы тяги или тормозной силы.
Результаты экспериментальных измерений мешающего воз-
действия пульсаций тягового тока на устройства сигнализации
регистрировались четырехканальным прибором с магнитной за-
писью и обрабатывались на анализаторе гармоник. Они показа-
ли, что колебания тока, возникающие в специально установлен-
ном резонансном контуре, подключенном к путевому реле,
затухают через 100 мс после возникновения в результате пере-
ключений коммутирующей аппаратуры. Это время намного меньше
времени срабатывания путевого реле Мешающие воздействия от
работы импульсного инвертора также возникают на очень корот-
кое время и настолько малы, что даже при неблагоприятном
стечении обстоятельств появление ложных сигналов критическо-
го уровня исключено.
В целом положительные результаты были получены при эк-
спериментальных измерениях реакции электрооборудования на
нестационарные процессы в контактной сети. Скачки напряжения
в пределах, допускаемых нормами по эксплуатации, не приводи-
ли к отключениям электрооборудования. Более значительные
кратковременные перенапряжения также не приводили к нежела-
тельным последствиям и сглаживались благодаря достаточно
большим размерам входного фильтра. При проезде разрывов
контактного рельса рекуперативное торможение сменялось реос-
татным, а в конце разрывов вновь плавно и без толчков осуще-
ствлялось рекуперативное торможение.
220
После завершения экспериментальных исследований элек-
тросекция с асинхронными тяговыми машинами была передана в
регулярную эксплуатацию. К 1983 г. на метрополитене Запад-
ного Берлина эксплуатировалось 69 сдвоенных моторных вагонов
с асинхронным гяговым приводом.
Аналогичный рассмотренному асинхронный тяговый привод
для вагонов метрополитена создан в Японии. В г. Осака в начале
1983 г. прошел испытания вагон, оборудованный тиристорным
инвертором, регулирующим частоту и уровень напряжения пита-
ния. подводимого к обмоткам электрической машины мощностью
160 кВт (ток 210 А, напряжение 550 В). Всесторонние испытания
вагона были проведены при скоростях движения 30. 40 и 70 км/ч.
В Финляндии фирма «Стремберг» разработала комплект элек-
трооборудования для вагонов серии 100 с асинхронным тяговым
приводом. Вагоны объединяются в двухвагонную электросекцию.
На электросекиин установлено восемь тяговых машин с изоляцией
класса Н. Мощность продолжительного режима машины 125 кВт
при напряжении 560 В и частоте вращения 1990 об/мин.
масса машины 550 кг. Автономный инвертор напряжения питает
две параллельно соединенные асинхронные машины Масса каждо-
го из двух установленных на вагоне инверторов составляет
650 кг, его максимальная мощность 300 кВ-А Инверторы работа-
ют с переменной частотой от 0 до 130 Гц
Масса тары вагона 31,5 т при длине 21,5 и ширине 3,2 м. При
пуске до скорости 27 км/ч поддерживается постоянное ускорение
1,2 м/с2. Скорость 80 км/ч достигается за 25 с, ускорение
вагонов при скорости 80 км/ч составляет 0,65 м/с2.
В режиме торможения, начиная соскорости 62 км/ч и до полной
остановки, поддерживается замедление 1,2 м/с2. Тормозная сила,
развиваемая четырьмя тяговыми машинами в этом режиме, сос-
тавляет 66 кН. В процессе эксплуатации на линии асинхронные
машины нагреваются до температуры 200°С, а их подшипники
до 120°С В связи с этим подшипники качения смазывают спе-
циальной смазкой на литиевой основе, которую заменяют через
каждые два года.
22.	Схема вагона с инвертором тока
Фирма «Сименс АГ» (ФРГ) для управления асинхронными тя-
говыми машинами использует автономный инвертор тока, который
выполняет только функции регулятора частоты питающего асин-
хронные машины напряжения. Функции регулятора уровня напря-
жения выполняет тиристорный регулятор постоянного тока, вклю-
ченный между источником питания и инвертором (рис. 81). В ре-
жиме тяги замкнуты тормозные контакты Т и контакт тормозного
переключателя ТП. Тиристорный регулятор ТР работает с посто-
янной частотой переключений и преобразует постоянное напря-
жение на конденсаторе фильтра С* в последовательности прямо-
221
Рис. Ml Принципиальная схема управления асинхронными машинами с использо-
ванием регулятора напряжения и инвертора тока
угольных однополярных импульсов. При изменении ширины этих
импульсов (широтно-импульсное регулирование) изменяется сред-
нее значение напряжения, прикладываемого через сглаживающий
реактор Р к тиристорному инвертору и обмоткам асинхронных
машин.
Приложенное напряжение при последовательном переключе-
нии тиристоров VI—V3, V10—V12 возбуждает ток, протекающий
через реактор Р и обмотки асинхронных машин 4Л4. Инвертор
распределяет ток по трем фазам (А, В, С) асинхронных машин
в циклической последовательности. При этом основные гармоники
тока в фазах сдвинуты друг относительно друга на 1207 что
приводит к возникновению в асинхронных машинах вращающегося
магнитного поля. Частота вращения поля определяется частотой
переключения тиристоров VI—V3, V10—VI2 автономного инверто-
ра. Таким образом, тиристорный регулятор ТР регулирует уровень,
а автономный инвертор тока АИТ — частоту напряжения, пи-
тающего обмотки асинхронных машин.
В схеме инвертора диоды V4—V9 играют роль разделительных
диодов препятствуя разряду конденсаторов С« через обмотки
асинхронных машин. Конденсаторы С, выполняют функции ком-
мутирующих конденсаторов. С их помощью обеспечивается запи-
рание тиристоров VI—V3, VI0—VI2. Запирание каждого из тирис-
торов осуществляется с помощью коммутирующего конденсатора,
подключаемого к нему при отпирании соседнего силового тирис-
тора. Такой способ коммутации определяет относительную просто-
ту схемы инвертора, который носит название инвертора с пос-
ледовательной коммутацией.
Перевод схемы в режим электрического торможения обеспе-
чивается размыканием контакта тормозного переключателя ТП.
222
Асинхронные машины в этом случае начинают работать в генера-
торном режиме. Реактивная мощность, необходимая для создания
магнитного поля, обеспечивается не конденсаторами Ск, как в
случае с инвертором напряжения, а вырабатывается в результа-
те соответствующего управления тиристорами инвертора. При
отпирании тиристорного регулятора ТР напряжение на обмотках
асинхронных машин прикладывается к реактору Р и ток в его цепи
нарастает. При запирании тиристорного регулятора ТР энергия,
накопленная в реакторе Р и в обмотках асинхронных машин,
через диод рекуперации и шунтирующий диод Уш поступает
в конденсатор входного фильтра Сф и далее в контактную сеть.
При отсутствии в контактной сети потребителей рекупери-
руемой энергии по сигналу датчика уровня напряжения на кон-
денсаторе входного фильтра Сф отпирается тормозной тиристор
Иг, и электроэнергия, вырабатываемая асинхронными машинами,
рассеивается в тормозном резисторе /?.
Если скорость начала торможения высока, то напряжение
на обмотках асинхронных машин может превысить напряжение,
на которое рассчитан автономный инвертор. В этом случае по
сигналу датчика уровня напряжения размыкаются контакты Т,
и в цепь обмоток вводятся добавочные тормозные резисторы /?,.
на которых гасится часть тормозной мощности.
Взяв за основу рассмотренную схему с инвертором тока,
фирма «Сименс АГ» (ФРГ) совместно со специалистами фирмы
«Броун Бовери» (Швейцария) разработала электрооборудование
для вагонов метрополитена городов Мюнхен, Вена, Западный Бер-
лин и Нюрнберг.
В г. Мюнхен асинхронный тяговый привод был установлен и
испытан на шести двухвагонных электросекциях В1 с алюминие-
выми кузовами. Масса электросекции 58,5 т, число сидений 98, мест
для стояния 192 при плотности заполнения вагонов 4 чел/мг.
Все оси электросекиии движущие. На каждой тележке уста-
новлена одна тяговая асинхронная машина с двумя роторами, ра-
ботающая на две колесные пары. Машина трехфазная, самовенти-
лируемая, мощность продолжительного режима 185 кВт при час-
тоте вращения ротора 1000 об/мин, линейное напряжение 355 В,
продолжительный ток 433 А, продолжительный вращающий мо-
мент 1800 Н-м Каждый из двух роторов машины соединен с ко-
лесной парой через конический редуктор с передаточным отноше-
нием 6,625:1. При проходе кривых участков пути и возникновении
боксовання частота вращения роторов различна. Нагрузка их
при этом также неравномерна. Суммарные тяговые и тормозные
усилия при разнице в диаметрах колес до 6 мм практически
всегда постоянны благодаря автоматически возникающему при
работе двух роторов так называемому «электрическому валу»,
который заставляет оба ротора вращаться с одинаковой частотой.
В процессе испытаний электросекции В1 были получены сле-
дующие основные результаты: разгон до скорости 40 км/ч про-
223
исходил за 10 с, ускорение при пуске составляло 1,3 м/с2, тормо-
жение со скорости 80 км/ч до полной остановки осуществлялось
за 20 с. При скорости 27 км/ч сила тяги, развиваемая асинхрон-
ными машинами электросекцин, составила 112,5 кН. В процессе
пуска и регулирования частоты вращения роторов асинхронных
машин частота работы автономного инвертора тока изменялась
от 0,5 до 180 Гц. Электронное оборудование силовых цепей и цепей
управления обеспечивало наиболее экономичные режимы движе-
ния и торможения. В режимах торможения в тормозных резисто-
рах расходовалась только та часть энергии, которая из-за отсут-
ствия потребителей на линии не могла быть возвращена в кон-
тактную сеть. Пассажирские помещения вагонов в достаточной
мере отапливались за счет потерь в преобразователях, которые
отводились через воздухо-водяной теплообменник.
В отчете об испытаниях указывается, что внедрение асинхрон-
ного тягового привода позволит значительно уменьшить габарит-
ные размеры тяговых машин, сократить трудоемкость их обслу-
живания вследствие отсутствия коллекторно-щеточного узла.
Уменьшится также уровень шума в салоне, так как асинхрон-
ные машины не требуют размещения смотровых люков в полу ва-
гонов.
Преобразовательная установка, примененная на сдвоенных
вагонах метрополитена г. Нюрнберга, рассчитана на питание
асинхронной тяговой машины, имеющей следующие параметры в
номинальном режиме: мощность 195 кВт, ток 440 А, напряжение
330 В, cos<[)=0,82, частота вращения ротора 982 об/мин. Машина
выполнена шестиполюсной с изоляцией класса нагревостойкостн
F. Масса машины 785 кг, передаточное отношение редуктора
7,125:1.
Автономный инвертор тока с последовательной коммутацией
состоит из шести тиристоров, шести коммутирующих конденсато-
ров, шести диодов, включенных последовательно с тиристорами,
и сглаживающего реактора. Совместимость асинхронного привода
с имеющимися на метрополитене стационарными устройствами
достигнута путем относительно высоких затрат на сглаживающие
устройства и применения тактируемого управления преобразова-
телями с помощью специальных контрольных приборов, анали-
зирующих гармонический состав обратного тягового тока в рель-
совой цепи.
С апреля 1981 г. по май 1983 г. на метрополитене г. Мюнхена
введено в эксплуатацию 32 сочлененных вагона с асинхронным
тяговым приводом. Двухвагонная секция вмещает 290 пассажиров
и имеет массу 52 т при длине 37.15 м, ширине 2,9 м и высоте 3,53 м.
При трогании с места развинается сила тяги 112 кН, максимальная
тормозная сила составляет 100 кН. Тормозной путь порожнего и
Полностью загруженного вагона одинаков.
Первый год регулярной эксплуатации головной партии из
14 вагонов показал, что к основным преимуществам новых вагонов
224
по отношению к вагонам с реостатным пуском следует отнести
плавный пуск и торможение, увеличенную силу тяги при высоких
скоростях, практическое отсутствие необходимости ухода за тяго-
выми машинами. К числу одного из достоинств новых вагонов
относят также применение на них экономичной системы отоп-
ления, использующей тепло преобразователей и реакторов (75%)
и тормозных резисторов (20%). Остальные 5% энергии, расхо-
дуемой на отопление, потребляются из контактной сети. При дате
вагонов с асинхронным приводом 14% удельный расход энергии
на линии по сравнению с тем же периодом прошлого года сокра-
тился на 5,1%. Как показали испытания, увеличение потребления
энергии на тягу из-за увеличения массы оборудования на 2%
мало по сравнению с экономией энергии благодаря сокращению
потерь при разгоне и возврату энергии торможения в контактную
сеть.
Для вагонов метрополитена г. Гамбурга (ФРГ) фирма «Броун
Бовсри» (Швейцария) спроектировала и построила асинхронный
тяговый привод на основе инвертора тока. На трехвагонной
сочлененной секции установлен инвертор мощностью 450 кВ-А
при напряжении 1100 В и частоте 120 Гц. Регулирование лосто
янного напряжения на входе инвертора обеспечивается тиристор
ным регулятором постоянного тока при изменении уровня напри
женив в контактной сети от 450 до 900 В. К инвертору подклю
чены три параллельно соединенные асинхронные тяговые машины
мощностью по 120 кВт. Максимальная частота вращения машин
3600 об/мин. При регулировании частоты вращения асинхронных
машин используется широтно-импульсная модуляция.
На метрополитене г. Вены (Австрия) в конце 1978 г. был пущен
в эксплуатацию сдвоенный моторный вагон с асинхронным тяго
вым приводом На каждой тележке вагона установлена одна
асинхронная тяговая машина мощностью 200 кВт при 1000 об/мин
Эта машина приводит во вращение обе оси тележки.
Тиристорный преобразователь постоянного тока регулнру
ет уровень напряжения, а автономный инвертор мощностью
625 кВт (900 кВ-А) — частоту тока, питающего две параллельно
соединенные тяговые асинхронные машины. Асинхронный тяговый
привод обеспечивает разгон вагона с максимальным ускорением
1,1 м/с2. Скорость 70 км/ч достигается за 27 с. В режиме тормож.
ния во всем диапазоне скоростей реализуется замедление 1,4 м/<
При этом в качестве служебного используется рекуперативное
торможение и реализуется тормозная сила 110 кН. Отсутствии
потребителей в контактной сети приводит к автоматической замене
рекуперативного торможения реостатным. Опытная эксплуатация
асинхронного тягового привода показала его существенно,
превосходство по сравнению с традиционным приводом с peociui
но-контакторным управлением. Особенно заметным было повыии
ние надежности тормозного процесса, улучшение плавности пуски
н торможения вагона.
•т
ПРИЛОЖЕН И Е
Основные тягово-динамические показатели вагонов метропо-
литена регламентированы ГОСТ 25206 82. В нем установлено,
что конструкционная скорость вагонов должна быть не менее
90 км/ч, эксплуатационная скорость при движении восьмнвагон-
ного состава с максимальной загрузкой вагонов на перегоне с
горизонтальным профилем длиной 1700 м при стоянке 2,5 с долж-
на быть не менее 45 км/ч. При указанных условиях время разгона
состава до скорости 80 км/ч должно быть не более 40 с.
ГОСТ 25206—82 устанавливает также, что длина тормозного
пути восьми вагонного состава при торможении со скорости
90 км/ч должна быть не более 385 м при торможении по командам
системы автоматического регулирования скорости, не более 335 м
при автоматическом электрическом торможении и не более 250 м
при экстренном пневматическом торможении; со скорости 60 км/ч
длина тормозного пути должна быть не более 155 м Отсчет длины
тормозных путей в указанных случаях должен производиться со-
ответственно с момента восприятия сигнала на торможение по
командам АРС с момента постановки рукоятки контроллера ма-
шиниста в положение «Тормоз 2» и с момента постановки руко-
ятки крана машиниста в 5-е положение при пневматическом тор-
можении.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
I.	Розенфельд В Е.. Исаев И. П., Сидоров Н. Н. Теории электри-
ческой тяги. М : Транспорт. 1983 328 с.
2.	Подвижной состав метрополитена ! Г В Федоров, С. М. Мнзиков. В В.
Малеев и др., под ред. Г. В. Федорова. М.: Транспорт. 1968. 479 с.
3.	Тиристорное управление электрическим, подвижным составом постоянного
тока / В. Е. Розенфельд. В В. Шевченко, В. А. Майбога, С. П. Долаберидзе.
М.: Транспорт. 1970. 240 с.
4.	Хвостов В. С., Гаврилов Я. И. Вагон метрополитена с импульсным
регулированием скорости при пуске и торможении. — Электричество, 1972, № 9,
с. 19—24
5.	Хвостов В. С., Гаврилов Я. И., Егнус А. Е. Исследование осо-
бенностей совмещенного способа импульсного регулирования напряжения и тока
возбуждения тяговых двигателей / Под ред. В. А Винокурова. — Тр. МИИТ,
1977, вып. 553. 130 с.
6.	Бнрзниекс Л. В. Импульсные преобразователи постоянного тока.
М.: Энергия, 1974. 255 а
7.	Электропоезда постоянного тока с импульсными преобразователями / Я. Я.
Берзиньш. Л. В Бнрзниекс, В. И. Данклов; Под ред. проф. В. Е. Розенфельда.
М Транспорт. 1976. 280 с.
8.	Мнацаканов В А. Рюмин И. А. Совместное регулирование напря-
жения и тока возбуждения тяговых двигателей двуплечим тиристорным преобразо-
вателем — Тр. ВНИИВ. 1976. вып. 31. с. 28—40.
9.	Касьянов В. Т. Машины постоянного тока предельного использования
по мощности и некоторые вопросы их проектирования — Вестник электропромыш-
ленности. 1948. № II, с. 3—7.
10.	.Мнацаканов В А. Выбор мощности тягового двигателя для вагона
метрополитена с импульсным регулированием скорости Тр. ВНИИВ, 1977,
вып. 33, с. II —19.
II.	Жерве Г. К. Промышленные испытания электрических машин. Л
Энергия, 1968. 575 с.
12.	Иоффе А. Б Тяговые электрические машины. Л.: Энергия, 1965, 232 с
13.	Рабинович А. А. Тяговые электродвигатели для городского электро
транспорта. М.: Стройнздат, 1965. 356 с.
14	К о ж ев н и ков В. А., Коч н е в А. В. Анализ потенциальных условий на
коллекторе высокоиспользованных некомпенсированных тяговых двигателей пост»
явного тока. — Вопросы современного электроподвижиого состава. Изд-во АН
СССР, 1961. с. 63 -85.
15.	Алексеев А. Е. Тяговые электрические машины и преобразователи
Л.: Энергия. 1977. 444 с.
16	Курбасов А. С. Исследование условий образования круговых огней
н перебросов у тяговых двигателей. — Тр. ЦНИИ МПС, 1956. вып 172, с. 24 31
17.	Каменецкий Б. Г., Егоров А. Я. Условия возникновения круговою
огня на коллекторе тяговых двигателей. — Электротехника, 1967, № 5. с. 21—24
18.	Проектирование тяговых электрических машин / М. Д. Находкни, Г. В
Василенко, Б. И Бочаров. М. А. Козорезов. Учеб, пособие для вузов железнодо
рожиого транспорта,—2-е изд., перераб. и доп.— М.: Транспорт, 1976. 624 с
19	Цорн М. Поверочный расчет реактивном э.д.с. и воздушного зазора
добавочных полюсов машины постоянного тока. М.: ЦИНТИ. перевод № 4728,
1946. 27 с.
227
20.	Научно-технические .чадами проектирования высокоиспользованных и на-
дежных проектных двигателей постоянного тока/А Р Дембо, В В Прус-
Жуковский, А. В. Кочнев, Н Г. Гаврилова; Под ред А Р Дембо. М—Л.: Наука
1966. 84 с
21.	Хвостов В. С. Теория тягового двигателя электровоза. Тр МИИТ,
1956, вин. 156. с. 4 137.
22.	Тулупов В Д. Автоматическое регулирование сил тяги и торможения
электроподвижного состава. М: Транспорт, 1976 368 с.
23.	Вольдек А И. Электрические машины. Учебник для студентов ву-
за— 2-е изд., перераб. и доп, — М,—Л.: Энергия, 1974. 839 с.
24.	Красвинов В Коммутационная надежность тяговых двигателей ва
тонов метрополитена. Московский метрополитен. 1973, 23 мая
25.	М и а ц а к а и о в В. А Экспериментальные исследования неравномерности
распределения температуры в обмотках якоря тягового двигателя вагона метро-
политена. Электротехн. пром-сть Сер. Тяговое и подъемно-транспортное
электрооборудование. 1981, вып 4 (76). с. 22.
26	Богаенко И. Н. Обобщенные и местные коэффициенты теплоотдачи
тяговых двигателей магистральных электровозов. Электричество, 1966, № 1. с.
40-46
27.	Курочка А. Л., Суровиков А. А., Янов В П. Исследование вы-
соковольтных электрических машин постоянного и пульсирующего тока. М.:
Энергия. 1975. с. 192.
28.	Борисенко А. И.. Данько В. Г., Яковлев А. П. Аэродинамика
и теплопередача в электрических машинах. М ; Энергия. 1974. 560 с.
;	29. М н а ц а к а н о в В. А Исследование тяговых параметров и регулировоч-
ных характеристик системы тяговою привода вагонов метрополитена Авторсф.
дис. на соискание ученой степени канд техн. наук. М.: 1979, с. 26.
30.	.4 на наканов В. А. К теории тяговых параметров вагонов метропо-
литена. Тр. ВНИИВ. 1975. вып. 26, с. 89 103.
31.	Тр а хт м а и Л. М. Электрическое торможение электроподвижного соста-
ва М. Транспорт. 1965. 201 с.
32.	М н а ц а к а и о в В А. Автоматическое ступенчато-импульсное регулиро-
вание токов возбуждения тяговых двигателей вагона метрополитена в режиме
тяги — Тр ВНИЙВ, 1981, вып 44. с. 33—39
33,	Ко л у за ев А М., Сергеев И. Г. О повышении напряжения в тяговой
сети метрополитена. Московский метрополитен. № 20 ( 542), с. 4.
34	Электроснабжение метрополитенов. Устройство, эксплуатация и проекти-
рованнс/Под ред. Е. И. Быкова. М.: Транспорт. 1977. 431 с.
35.	Тулупов В Д„ Ляпунова Н. Д. Предпосылки применения неза-
висимою возбуждения тяговых машин на электропоездах метрополитена. — Тр
МЭИ, 1978, вып. 356. 170 с.
36.	Хоменко А. И Электропоезд серии И. Общая характеристика электро-
поезда. — Гр. ВНИИЖТ. 1979. вып, 615, с. 49—52.
37.	М и а ц а к а но в В. А. Форсированный пуск тяговых двигателей при им
пульсном регулировании —Тр. ВНИИВ, 1978, вып 35. с. 11—20
ОГЛАВЛЕНИЕ
От авторов , . .................................. „................... 3
Глава I
Принципы управлении тяговыми машинами вагонов
I.	Общие сведения ...................................................  5
2	Реостатно контакторное управление........................... ...	8
3.	Тиристорно-импульсное управление.............-................... |2
Глава II
Экономия электроэнер) ин на тягу вагонов метрополитена
с безреостатным пуском и рекуперативным торможением
4.	Составляющие	общего расхода электроэнергии...................... II
5.	Эффективность	рекуперативного торможения......................... 41
6.	Расход электроэнергии на тягу вагонов метрополитена, оборудованных
импульсными	регуляторами напряжения........................... 48
Глава III
Тяговые электрические машины
7.	Конструктивные параметры и технические характеристики..........	54
8.	Типовые испытания тяговых машин и их результаты...........	60
9.	Уровень использования тяговых машин в эксплуатации............... 65
10	Параметры тяговых машин при импульсном регулировании...........	82
Глава IV
Вагоны с тиристорными регуляторами токов возбуждения
тяговых машин
II.	Вагоны ЕжЗ (81.710).............................................. 87
12	Вагины 81 714, 81.717..........................................   93
13.	Вагоны с независимым питанием обмоток возбуждения тяговых
машин..........................................................     ||5
Г л а в а V
Вагоны с тиристорными регуляторами напряжения и тока
возбуждения тяговых мангин
14.	Вагоны Ен и Еир................. ............................... 126
15.	Вагоны И (81.715. 81.716)	159
16	Вагоны Им....................................................    182
17.	Маневровый контактно.аккумуляторный электровоз ................. 189
Г л а в а VI
Зарубежные вагоны с тяговыми машинами постоянного тока
18	Вагоны метрополитенов Японии, США и ФРГ......................... 197
19.	Вагоны метрополитенов Великобритании. Франции, Швеции и Финлян-
дии ................................................................. 21	и.
Глава VII
Зарубежные вагоны с асинхронными тяговыми машинами
20	Общие сведения ................................................. 214
21.	Схема силовой цепи электросекиин с инвертором напряжения ....	216
22.	Схема вагона с инвертором тока ................................ 221
Приложение ...............................•........................  226
Список литературы .................................................. 227

Производственное издание
Яков Иосифович Г акрилов.
Валерий Александрович Мнацаканов
ВАГОНЫ МЕТРОПОЛИТЕНА
С ИМПУЛЬСНЫМИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯМИ
Переплет художника А. А Медведева
Технически* редактор Л А. Кулебачинекая. Т. А. Захарова
Корректор вычитчнк Р И Леднева
Корректор Л. А Шарапова
ИБ № ЗОЮ
Сдано в набор 20.11.85. Подписано в печать 27.05.86. Т-01928. Формат 60x 90'/1»
Бум офсетная № 2 Гарнитура литературная. Офсетная печать. Усл. печ. л. 14,5.
Усл кр. отт 14,76 Уч. изд. л 15,96. Тираж 1700 экз. Заказ. 1156. Цена 1 руб
Изд. 76 I 3-1/5 № 2561
Ордена «Знак Почета» издательство «ТРАНСПОРТ». 103064. Москва, Басманный туп.. 6а
Московская типография № 4 Союзполиграфпрома при Государственном комитете
СССР по делам издательств, полиграфии и книжной торговли
129041 г Москва. Б. Переяславская ул, д. 46
Государственный комитет СССР по делам издательств,
полиграфии и книжной торговли
ОРДЕНА «ЗНАК ПОЧЕТА» ИЗДАТЕЛЬСТВО «ТРАНСПОРТ»
Имеется в продаже литература:
БОРЦ Ю. В., ЧЕКУЛАЕВ В. Е. Контактная сеть: Ил. пособие. 2 е нзд.,
перераб и доп, —1981 —224 с.—3 р. 10 к.
В книге рассмотрены работы по ремонту и эксплуатации контактной
сети, показаны неисправности и приведены рекомендации по их предупреж-
дению и устранению, освещены безопасные приемы выполнения отдельных
работ.
2-е издание дополнено описанием способов обслуживания и ремонта
воздушных и кабельных линий, автоблокировки, расширены сведения по
охране труда.
1-е издание вышло в 1976 г.
Динамико-прочностные свойства моторвагонного подвижного соста-
ва/Под ред. К П. Королева и Ю. В. Колесина,—1984 —96 с.—(Сб. науч,
гр ВНИИЖТ).-1 р
КОСАРЕВ Б. И. и др. Электробезоласность в системе электроснабже-
ния железных дорог. —1983	199 с. 70 к.
МАРКВАРДТ К. Г. Электроснабжение электрифицированных же-
лезных дорог: Учебник для вузов.—4-е изд., перераб. и доп.—1982.—
528 с.— I р. 50 к.
ИСАЕВ И. П. и др. Ускоренные испытания и прогнозирование надеж-
ности электрооборудования локомотивов. —1984.—248 с.— I р. 20 к.
РОЗЕНФЕЛЬД В. Е. Теория электрической тяги: Учебник для вузов.—
2-е изд., перераб. и доп.—1983.—327 с.— 1 р. 30 к.
СЕРДИ НОВ С. М. Повышение надежности устройств электроснабже-
ния электрифицированных железных дорог.—1985 —304 с.—I р. 50 к.
Продажа производится
отделениями издательства кТранспорт», центральным магазином
еТрамспортная книга» (107078. Москва. Садовая Спасская ул., д. 21)
Отдел к Книга — почтой* указанного магазина (113114. Москва. 1-й Паве-
лецкий пр., д. 1/42, корп 2) и отделения издательства высылают литера-
туру наложенным платежом.
Государственный комитет СССР по делам издательств,
полиграфии и книжной торговли
ОРДЕНА «ЗНАК ПОЧЕТА» ИЗДАТЕЛЬСТВО «ТРАНСПОРТ»
Готовятся к изданию книги:
БЫКОВ Е. И., ПАНИН Б. В., ПУПЫНИН В. И. Тяговые сети метро-
политенов -М: Транспорт. 1987. 19 л - (В пер.) I р. 50 к.
Рассмотрены принципы выполнения тяговых сетей, способы питания,
секционирования и защиты. Даны методы их расчета и выбора элементов.
Опнсаиы конструкции распределительных пунктов, устройства подсоедине-
ний к контактному рельсу. Изложены основные вопросы эксплуатации
тяговой сети, методы профилактических и специальных испытаний обо
руДовання.	_
Для инженерно-технических работников, связанных с зксплуатациеи.
проектированием и монтажом тяговых сетей метрополитена. Может быть
полезна студентам вузов соответствующих специальностей.
СЕМЕНТОВСКИЙ Э. А., СЕВАСТЬЯНОВ Н. С.. ИТКИНСОН В А.
Техническое обслуживание и ремонт подвижного состава метрополи-
тенов/Под ред. Э. А. Сементовского. М : Транспорт. 1987	25 л.—
(В пер.): I р 80 к.
Рассмотрена организация производства и технологические процессы
ремонта н технического обслуживания подвижного состава метрополите-
нов в деповских и заводских условиях Дана оценка эксплуатационной
надежности подвижного состава. Подробно описаны методы ремонта и вое-
становления деталей, а также способы испытаний оборудования
Для инженерно технических работников, занятых эксплуатацией и
ремонтом подвижного состава метрополитенов
Заказы принимаются
отделениями издательства 'Транспорт». центральным магазинам
'Транспортная книга» (1071)78, Москва. Садовая Спасская ул.. д 21).
Отдел «Книги—почтой» указанного магазина (I13IH, Москва, 1-й Па
велецкий пр., д. //42. корп. 2) и отделения издательства высылают лите-
ратуру наложенным платежом.