ЭТ2А

ЭТ2А
Основные данные
Год постройки	1999 год
Страна постройки	Российская Федерация
Производитель	ТорВЗ
Составов построено	1
Вагонов построено	4
Ширина колеи	1520 мм
В эксплуатации	не эксплуатируется
Технические данные
Род тока и напряжение в контактной сети	=3 кВ
Конструкционная скорость	130 км/ч
Максимальная служебная скорость	120 км/ч
Число вагонов в составе	4-12
Длина вагона	19600 мм
Ширина	3522 мм
Высота	4253 мм
Масса тары	211,2 т (4 вагона)
Выходная мощность	3040 кВт
Тип ТЭД	ДТА380-6-УХЛ1
Ускорение	0,8 м/с²
Торможение	0,7...0,8 м/с²
Тормозная система	рекуперативно-реостатная

ЭТ2А (Электропоезд Торжокский 2-го типа, Асинхронный, заводское обозначение 62-4160А) — экспериментальный пригородный электропоезд постоянного тока с асинхронными тяговыми электродвигателями.

Разработка электропоезда велась по заданию РАО «Высокоскоростные магистрали», согласованному с Министерством путей сообщения, с 1994 года. Состав был построен в 1999 году на Торжокском вагоностроительном заводе в единичном экземпляре в композиции двух головных и двух моторных вагонов и проходил испытания до 2002 года. Характерной особенностью электропоезда являлись более высокие, по сравнению с аналогами, технические характеристики, большая экономичность энергопотребления и возможность эксплуатации в составе с вагонами серий ЭР2 и ЭТ2. Электропоезд не прошёл сертификационных испытаний и не был введён в эксплуатацию.

История создания

Разработка

Разработка асинхронного тягового двигателя была выбрана в качестве приоритетного направления развития оборудования подвижного состава вследствие ряда причин: как эксплутационных (уменьшение потерь энергии на низких скоростях, улучшение тяговых характеристик на высоких скоростях, обеспечение надёжной рекуперации электроэнергии на всём диапазоне скоростей, снижение трудовых затрат на обслуживание тяговых двигателей), так и производственных (уменьшение материалоёмкости и трудоёмкости изготовления подвижного состава и, как следствие, себестоимости производства на 25…30 % по сравнению с аналогами, оборудованными коллекторными двигателями) преимуществ^[1].

Разработка тяговых асинхронных электродвигателей велась по заданию РАО «ВСМ», согласованному с МПС, с 1994 года в Центральном конструкторском бюро транспортного машиностроения (Тверь) и ОАО «Сила» (Санкт-Петербург). Разработка асинхронного тягового привода велась специально созданной в РАО «ВСМ» лабораторией под руководством к. т. н. С. Н. Васильева. Создание пригородного электропоезда ЭТ2А, наряду с созданием высокоскоростного электропоезда Сокол-250, являлось приоритетным направлением деятельности РАО «Высокоскоростные магистрали» в части разработки перспективного подвижного состава^[2].

Макетирование

Испытания нового оборудования проводились на специально созданных макетах. Испытания тиристорного преобразователя осуществлялись на созданном на территории АО «Сила» экспериментальном стенде, затем — на переоборудованном в моторвагонном депо Санкт-Петербург — Балтийский макетном поезде, сформированном из двух новых головных вагонов ЭТ2, моторного вагона ЭР2Т и моторного вагона ЭР2-06, восстановленного после пожара. В поезде были установлены также: входной фильтр, широтно-импульсный прерыватель, два автономных инвертора тока, дроссели инверторов, четыре асинхронных тяговых двигателя, шкаф системы управления и её блоки питания; быстродействующий выключатель и линейные контакторы использовались от серийного поезда. С целью упростить доступ к оборудованию последнее было размещено в салоне моторного вагона, где была установлена система принудительного воздушного охлаждения^[3].

Испытания макетного электропоезда происходили на участке Санкт-Петербург — Луга с 1996 по 1999 год. В ходе исследований отрабатывались алгоритмы работы преобразователей, изучалась правильность выбранных технических решений. Первоначально исследования велись в направлении применения шестифазных тяговых двигателей и соответствующих инверторов, был изготовлен соответствующий комплект двигателей, однако по результатам исследований в 1996 году было принято решение, с целью упрощения конструкции преобразователя, о переходе на трёхфазный вариант. Конструкция и параметры преобразователя также были изменены несколько раз. В течение 1997—1998 годов были отработаны методы защиты и управления тягового двигателя, а также изучены электромагнитные и тепловые процессы в силовых преобразователях. Непереоборудованный моторный вагон использовался в качестве резервного на случай неисправности макетного. Пробег поезда в ходе испытаний составил более 70 000 км^[3].

Испытания

После успешных испытаний макетного поезда Торжокский вагоностроительный завод приступил к изготовлению опытного электропоезда ЭТ2А. Основой при создании электропоезда ЭТ2А послужила конструкция электропоезда ЭТ2, выпускаемого заводом с 1993 года. Электропоезд был представлен руководству МПС 28 июля 1999 года^[4]. Состав поезда включает 2 головных и 2 моторных вагона. В октябре 1999 года после проведения наладочных работ начался опытный пробег 5000 км без пассажиров на участке Санкт-Петербург-Балтийский — Луга. В период с июня 1999 года по июнь 2002 года электропоезд ЭТ2А-001 совершил пробег свыше 110 000 км на участках Санкт-Петербург-Балтийский — Ораниенбаум, Санкт-Петербург-Балтийский — Луга. После его окончания электропоезд был отправлен на экспериментальное кольцо ВНИИЖТ для проведения приёмочных испытаний. Планировалось, что серийное производство нового электропоезда начнётся в 2002 году, а в III квартале 2002 года он поступит в эксплуатацию на Октябрьскую железную дорогу и заменит серию ЭТ2^[5]; однако электропоезд не был введён в эксплуатацию, так как в ходе приёмочных испытаний к электрооборудованию и приводам был предъявлен ряд замечаний (в том числе зафиксированы многочисленные случаи выхода из строя тиристоров и диодов автономных инверторов тока, общая ненадёжность тяговых электродвигателей), не позволявших рекомендовать их к серийному внедрению^[1]. Новые технические решения частично были применены в конструкции электропоездов ЭТ2М. После испытаний электропоезд был разоборудован^[3].

Общие сведения

Расчётные параметры для 10-вагонного электропоезда ЭТ2А^[6]:

• масса тары — 529,0 т;
  • головного вагона — 45,0 т;
  • моторного вагона — 60,6 т;
  • прицепного вагона — 42,5 т;
• число сидячих мест — 968;
  • в головном вагоне — 74;
  • в моторном вагоне — 104;
  • в прицепном вагоне — 100;
• общая часовая мощность ТЭД — 7600 кВт;
• касательная сила тяги на ободах движущих колёс — до 29,1 кгс;
• скорость:
  • конструкционная — 130 км/ч;
  • максимальная — 120 км/ч;
• ускорение до 60 км/ч — 0,8 м/с²;
• торможение с 90 км/ч — 0,8 м/с².

Композиция 10-вагонного поезда — 2Г+5M+3П.

Практические параметры 4-вагонного поезда^[7]:

• масса тары — 214,6 т;
• число сидячих мест — 356;
• общая часовая мощность ТЭД — 3040 кВт;
• техническая скорость — не менее 72 км/ч.

Композиция 4-вагонного поезда — 2Г+2М.

Конструкция

Электрооборудование

Тяговые электродвигатели, установленные на электропоезде, — трёхфазные асинхронные типа ДТА380-6-УХЛ1 (часовая мощность 380 кВт, длительная мощность 350 кВт). Подвешивание ТЭД — опорно-рамное. Номинальное напряжение на обмотках двигателя — 1150 В. Масса двигателя составляет не более 1500 кг. Система питания тягового двигателя выполнена на основе автономных инверторов тока. В качестве входных преобразователей используются импульсные тиристорные прерыватели. Входные и выходные полупроводниковые преобразователи собраны на однооперационных тиристорах и содержат устройства принудительной конденсаторной коммутации. Силовые преобразователи контролируются при помощи микропроцессорной системы управления на основе микроконтроллера производства Siemens^[3][6].

Тяговое электрооборудование электропоезда включает входной фильтр, входные широтно-импульсный преобразователь, тиристорные ограничители напряжения, автономные инверторы тока, а также аппараты защиты и коммутационное оборудование. Тяговые двигатели каждой тележки соединены попарно параллельно и питаются от своего автономного инвертора тока. Инверторы каждой тележки соединены последовательно и через сглаживающие дроссели подключены к входному преобразователю. Электрооборудование для поезда было разработано в ЦНИИ ТЭП. Производителем тягового электрооборудования выступило ОАО «Сила», производителем вспомогательного электрооборудования выступил Рижский электромашиностроительный завод. На электропоезд установлен преобразователь типа 1ПВ.005^[3][6].

На электропоезде установлены асимметричные токоприёмники пантографного типа и быстродействующие выключатели типа UR26 производства фирмы Sécheron (Швейцария).

Микропроцессорная система управления тяговым приводом, применённая на электропоезде, позволяет контролировать все параметры работы электрооборудования. Система управления поездом разработана в КБ Импульс (Санкт-Петербург). Микропроцессорное оборудование на поездном уровне обеспечивает работу информационной системы, а также передачу сигналов управления, диагностических сообщений, объявлений по поездному радио. Также поезд оборудован аппаратурой обнаружения возгорания и пожаротушения^[3].

Механическое оборудование

Тележки электропоезда — производства Тихвинского вагоностроительного завода. База тележки моторного вагона — 2600 мм, масса — 13,3 т. На тележках установлены тяговые редукторы с передаточным отношением 3,95. Диаметр бандажа обмоторенной колёсной пары по кругу катания без износа — 1050 мм. На каждую тележку моторного вагона устанавливаются два тяговых двигателя. База тележки прицепного вагона — 2400 мм, масса — 6,6 т. Диаметр бандажа необмоторенной колёсной пары по кругу катания без износа — 950 мм^[6].

Кузов вагона представляет цельнонесущую металлическую конструкцию (раму), собранную из продольных и поперечных элементов, перекрытых стальными гофрированными листами. Конструкция кузова, по сравнению с ЭТ2, осталась неизменной, за исключением головных вагонов, где для обеспечения безопасности локомотивных бригад применена кабина машиниста из композитных материалов капсульного типа, а также изменена лобовая часть. Для улучшения условий труда локомотивных бригад на электропоезде предусмотрена установка воздушного кондиционера, кресла машиниста новой конструкции, внутри кабины снижены вибрация и шум^[8]. Неизменная конструкция межвагонных переходов и совместимость цепей управления позволяли бы эксплуатировать новый электропоезд в одном составе с вагонами серий ЭТ2, ЭР2.

Принцип работы

Режим тяги

После поднятия токоприёмника энергия из контактной сети поступает на линию высокого напряжения, находящуюся на крыше вагона, затем, через фильтр защиты от радиопомех и главный разъединитель — на быстродействующий выключатель. Для предохранения силовых цепей от атмосферных и коммутационных перенапряжений в схему включены разрядники. Для устранения перенапряжений, возникающих при отключении быстродействующего выключателя, в цепи используется разгрузочный диод, создающий контур сброса энергии, накопленной реактором входного фильтра. При превышении величины входного тока сверх допустимой (измеряется специальным датчиком) электропневматический контактор выполняет отключение силовой схемы от контактной сети. Контакторы шунтированы резисторами, обеспечивающими предварительный заряд конденсаторов входного фильтра после восстановления быстродействующего выключателя. Силовая схема заземляется при помощи соответствующего устройства на рельсовую цепь^[9].

Каждый автономный инвертор тока питает два тяговых двигателя, соединённых попарно параллельно; для снижения пульсаций входного тока каждого инвертора предусмотрены сглаживающие фильтры. Автономные инверторы распределяют ток по фазам тяговых двигателей с частотой, вычисляемой микропроцессорной системой управления по сигналам датчиков частоты вращения ротора и напряжения на обмотках статоров. В диапазоне скорости электропоезда 0...60 км/ч система управления реализует постоянство вращающего момента, при этом напряжение, подаваемое на обмотки статоров, увеличивается прямо пропорционально скорости движения. При скоростях движения свыше 60 км/ч система управления реализует постоянство мощности на валу тягового двигателя, для чего напряжение на обмотках статоров поддерживается постоянным, а абсолютное скольжение увеличивается прямо пропорционально скорости движения^[10].

Режим торможения

В режиме электродинамического торможения, для намагничивания тяговых двигателей, двигатель забирает энергию из контактной сети, на роторе создаётся отрицательное скольжение магнитного поля. Когда магнитное поле усилится настолько, что двигатель может отдавать энергию в контактную сеть, начинается рекуперативное торможение.

В начальном режиме электродинамического торможения, необходимом для намагничивания тяговых двигателей, двигатель забирает энергию из контактной сети. Микропроцессорной системой управления создаётся отрицательное скольжение магнитного поля на роторе ТЭД (частота вращения ротора ТЭД выше частоты переключения тиристоров АИТ). Тяговые электродвигатели начинают работать в генераторном режиме, вырабатывая трёхфазный ток, снимаемый с обмоток статоров и преобразуемый автономными инверторами в выпрямленный. После начала генерации энергии тяговыми двигателями микропроцессорная система управления реализует коммутацию тиристора, что создаёт условия для отпирания тормозных диодов. Время входа в рекуперацию до начала генерации тока ТЭД составляет 0,8…1,9 с в зависимости от скорости начала торможения. Схема обеспечивает отдачу энергии в сеть вплоть до скорости 15 км/ч. За счет рекуперации энергии обеспечивается экономичность тягового двигателя до 30%^[10].

Примечания

1. ↑ ^{1 2} Назаров О. Н. Тяговая техника нового поколения // «Подвижной состав и путь». — 2005. — № 2. — С. 10.
2. ↑ РОА «ВСМ». Годовой отчет 2001 г.. — 2002. — С. 4.
3. ↑ ^{1 2 3 4 5 6} Назаров О. Н. Опытный электропоезд постоянного тока ЭТ2А. Историческая справка.. «Профессионально об электропоездах» (20.08.2003). Архивировано из первоисточника 14 мая 2012.
4. ↑ РАО ВСМ представляет электропоезда нового поколения
5. ↑ РОА «ВСМ». Годовой отчет 2001 г.. — 2002. — С. 11.
6. ↑ ^{1 2 3 4} Назаров О. Н. ЭТ2А. Технические характеристики. «Профессионально об электропоездах» (13.06.2001). Архивировано из первоисточника 14 мая 2012.
7. ↑ Ковтун А. В., Лысов Н. В. Электропоезд ЭТ2А с асинхронным тяговым приводом // «Локомотив». — 2002. — № 10. — С. 31.
8. ↑ Электропоезда серии ЭТ2. Как устроена железная дорога. Архивировано из первоисточника 23 июня 2012.
9. ↑ Ковтун А. В., Лысов Н. В. Электропоезд ЭТ2А с асинхронным тяговым приводом // «Локомотив». — 2002. — № 10. — С. 31—32.
10. ↑ ^{1 2} Ковтун А. В., Лысов Н. В. Электропоезд ЭТ2А с асинхронным тяговым приводом // «Локомотив». — 2002. — № 10. — С. 32.

Литература

• Лысов Н. В. Контур регулирования тока опытного электропоезда с асинхронным тяговым приводом ЭТ-2А // Электрификация и развитие железнодорожного транспорта России. Традиции, современность, перспективы / Сапожников В. В.. — СПб: ПГУПС, 2001. — С. 128. — 160 с.
• Ковтун А. В., Лысов Н. В. Электропоезд ЭТ2А с асинхронным тяговым приводом // «Локомотив». — 2002. — № 10. — С. 31—32.
• Ковтун А. В., Лысов Н. В. Тиристорный преобразователь электропоезда ЭТ-2А с асинхронным тяговым приводом. // Исследования и разработки ресурсосберегающих технологий на железнодорожном транспорте / Яковлев В. Н.. — Самара: СамИИТ, 2002. — С. 255. — 505 с.
• Лысов Н. В. Снижение влияния на рельсовые цепи тягового привода электропоезда с автономным инвертором тока : диссертация. — СПб: ПГУПС, 2004.
• Назаров О. Н. Тяговая техника нового поколения // «Подвижной состав и путь». — 2004. — С. 10—12.

Ссылки

• Назаров О. Н. Опытный электропоезд постоянного тока ЭТ2А. Историческая справка.. «Профессионально об электропоездах» (20.08.2003). Архивировано из первоисточника 14 мая 2012.
• Назаров О. Н. ЭТ2А. Технические характеристики. «Профессионально об электропоездах» (13.06.2001). Архивировано из первоисточника 14 мая 2012.

Эта статья входит в число хороших статей русскоязычного раздела Википедии.