Системы управления тяговыми двигателями
Материал из НзОТ
Система управления тяговыми двигателями — комплекс электромеханического оборудования, предназначенного для регулирования тока в обмотках тяговых электродвигателей (ТЭД) подвижного состава трамвая и троллейбуса.
Содержание |
Непосредственная (НСУ)
Принцип действия
В основу функционирования НСУ положено подключение к обмоткам ТЭД набора фиксированных балластных сопротивлений, называемых пускотормозными реостатами, которые ограничивают силу проходящего через эти обмотки электрического тока. Ступенчатое изменение подключенного к обмоткам ТЭД суммарного сопротивления достигается посредством коммутации групп пускотормозных реостатов непосредственно водителем подвижного состава с помощью простейших механизмов, в сборе называемых контроллером. Чаще всего контроллер состоит из вала с насаженными на него кулачками, нажимающими в определенной последовательности на контакторы — сильноточные коммутационные устройства, оснащенные приспособлениями дугогашения. Эта последовательность напрямую задается водителем путем поворота вала с помощью ручки-"кофемолки". Необходимость ступенчатого изменения диктуется требованиями плавного разгона-торможения подвижного состава во избежание травм находящихся в нем людей.
Преимущества и недостатки
Преимущества:
- предельная простота устройства и ремонта — неисправный контроллер водитель легко мог отремонтировать прямо на линии;
- небольшая материалоемкость.
Недостатки:
- низкий уровень электро- и пожаробезопасности — вблизи водителя располагается высоковольтное коммутационное устройство, что при нарушении изоляции или иных неисправностях чревато серьезной электротравмой или возгоранием;
- нерациональный расход электроэнергии, значительная часть которой уходит на нагрев пускотормозных реостатов без совершения полезной работы.
На выпускаемом в настоящее время подвижном составе электротранспорта непосредственная система управления не применяется.
Реостатно-контакторная (РКСУ)
Принцип действия
В отличие от НСУ, в РКСУ ступенчатое изменение подключенного к обмоткам ТЭД суммарного сопротивления достигается посредством достаточно сложной коммутации групп пускотормозных реостатов специализированным устройством — групповым реостатным контроллером. Он имеет в своей конструкции низковольтный серводвигатель, который самостоятельно управляет процессом коммутации, а водитель только определяет, что требуется от транспортного средства — разгон, торможение или движение с постоянной скоростью. Таким образом, водитель непосредственно воздействует лишь на схему управления серводвигателем и не имеет доступа к управлению высоковольтным коммутационным процессом, который выполняется серводвигателем по жестко заданной механическим устройством контроллера программе.
На трамвайных вагонах Tatra T3 групповой реостатный контроллер и пускотормозные реостаты конструктивно выполнены как единое устройство, называемое ускорителем.
Преимущества и недостатки
Преимущества:
- сравнительная простота устройства и ремонта;
- электробезопасность — высоковольтное оборудование вынесено за пределы кабины водителя и салона транспортного средства;
- пожаробезопасность — исключен перегрев пускотормозных реостатов или ТЭД из-за ошибок водителя, так как коммутационная последовательность при любых операциях водителя жестко задается серводвигателем.
Недостатки:
- высокая материалоемкость;
- нерациональный расход электроэнергии, значительная часть которой уходит на нагрев пускотормозных реостатов без совершения полезной работы.
 Групповой реостатный контроллер троллейбуса ЗиУ-682Г-016 |
 Контакторная панель троллейбуса ЗиУ-682Г-016 |
 Ускоритель трамвая Tatra T3 |
 Контакторная панель трамвая Tatra T3 |
Контакторно-транзисторная (КТСУ)
Принцип действия
КТСУ является дальнейшим развитием РКСУ для аналогичных целей. Она сохраняет в своем составе пускотормозные реостаты и механические контакторы для коммутации их соединений в силовой цепи тяговых двигателей. Новшеством является замена низковольтного электромеханического управляющего устройства (группового реостатного контроллера или ускорителя) на систему из электронных блоков, задающих коммутационную последовательность включения пускотормозных реостатов. При этом вместо низковольтных релейных схем используются транзисторные ключи, отчего система и получила свое название. Кроме того, транзисторные ключи используются для управления током в обмотке возбуждения ТЭД.
Преимущества и недостатки
Преимущества:
- сравнительная простота устройства и ремонта — замена неисправного электронного блока занимает несколько минут, тогда как демонтаж и ремонт группового реостатного контроллера могут потребовать несколько часов, а то и дней;
- небольшая материалоемкость — требуется гораздо меньше металла, особенно дорогостоящей меди;
- высокая надежность в силу отсутствия сложных электромеханических устройств коммутации.
Недостатком КТСУ является то, что в конструкции по-прежнему присутствуют пускотормозные реостаты, а это влечет за собой избыточный расход электроэнергии.
 Блок управления трамвая 71-619КТ |
 Панель тягового оборудования трамвая 71-619КТ |
 Контакторная панель трамвая 71-619КТ |
 Транзисторные блоки трамвая 71-619КТ |
Тиристорно-импульсная (ТИСУ)
Принцип действия
Основным принципом работы ТИСУ является регулирование оборотов и вращающего момента ТЭД путем пропускания через него импульсов электрического тока с заданной частотой и длительностью. При необходимости увеличения оборотов или вращающего момента импульсы становятся более частыми и длительными во времени — таким образом, возрастает средний ток через двигатель. Если нужно понизить обороты или развиваемый момент, то ТИСУ формирует более редкие и короткие импульсы в их временной последовательности, обеспечивая уменьшение среднего тока, проходящего через обмотки двигателя.
Функционально ТИСУ состоит из генератора импульсов, контроллера (управляющего параметрами генерируемой последовательности импульсов в зависимости от требований водителя и характеристик двигателя) и электромеханических предохранительных устройств (контакторы, реле защиты) от превышения токовой нагрузки. Поскольку генератор импульсов вместе с контроллером выдают низковольтные управляющие сигналы, то для коммутации тока в силовых цепях ТЭД применяются сильноточные тиристоры, отчего вся система и получила свое название.
Преимущества и недостатки
Преимущества:
- отсутствие тепловых потерь в пускотормозных реостатах;
- плавные разгон и торможение транспортного средства за счет непрерывного (а не ступенчатого) изменения силы тока в обмотках ТЭД;
- высокая надежность в силу отсутствия сложных электромеханических устройств коммутации.
Недостатком ТИСУ является ее высокая сложность. В отличие от РКСУ, компоненты ТИСУ практически не ремонтируются в деповских условиях, так как для этого требуется радиомонтажная мастерская, в отличие от стандартных для транспортных предприятий механической и электрической мастерских.
Транзисторная (ТрСУ)
ТрСУ является дальнейшим развитием ТИСУ. Основным принципом остается регулирование работы ТЭД путем пропускания через него импульсного тока с заданными параметрами. Отличие от ТИСУ заключается в том, что для коммутации в силовых цепях используются не тиристоры, а IGBT-транзисторы, отличающиеся лучшими эксплуатационными показателями. Кроме того, контроллер импульсов часто выполнен не на аналоговой, а на микропроцессорной базе.
 Бортовой компьютер модернизированного трамвая Tatra T3 |
 Транзисторные блоки модернизированного трамвая Tatra T3 |
Асинхронный тяговый привод
Все описанные выше системы управления предназначены для работы с коллекторными ТЭД постоянного тока. Однако в настоящее время в электротранспортном машиностроении происходит массовый переход к асинхронным двигателям, работающим на переменном токе. Не вдаваясь в электротехнические подробности, можно отметить, что этот тип тяговых двигателей дает существенную экономию в затратах на обслуживание, так как по сравнению с предшественниками у него отсутствует коллекторно-щеточный узел — наиболее часто изнашиваемый и ремонтируемый элемент.
Управление асинхронным двигателем осуществляется путем изменения частоты тока, пропускаемого через его обмотки, что ведет к изменению частоты (и, следовательно, скорости) вращения ротора. Для преобразования постоянного тока, получаемого из контактной сети, в переменный ток с заданной частотой используется специальное устройство — инвертор. Команды инвертору для генерации тока той или иной частоты отдает микропроцессорный блок, который, в свою очередь, реагирует на команды с пульта управления водителя, определяющие режим движения.
Также при использовании асинхронного привода легко реализуется рекуперативное торможение.
 Шкаф с оборудованием в кабине трамвая 71-623 |
 Блок управления двигателями трамвая 71-623 |
 Блоки бортового компьютера трамвая ЛМ-2008 |
 Асинхронные тяговые электродвигатели трамвая ЛМ-2008 |
