ЭЛЕКТРОВОЗ ПОСТОЯННОГО ТОКА "ЭЛЕКТРОВОЗ ПОСТОЯННОГО ТОКА В.С.ГРИГОРЧУКА" Российский патент 1997 года по МПК B61C3/00 

Изобретение относится к железнодорожному транспорту и может найти применение в устройствах локомотивов.

Известен электровоз постоянного тока серии Сс, содержащий экипажную часть с осевой формулой 0-3-0+0-3-0, на которой установлен кузов, внутри которого размещены кабины машинистов, контролеры, динамомотор, мотор-вентилятор, мотор-генератор, мотор-компрессор, тормозные реостаты, аккумуляторные батареи, наверху снаружи кузова размещены воздушные резервуары и два пантографа, а в экипажной части установлены тяговые электродвигатели. Конструкционный вес 126 т, рабочий вес с балластом 132 т, часовая мощность электродвигателей 6.340 кВт, конструкционная скорость 65 км/ч, напряжение контактной сети 3000 В.

Недостатками известного электровоза серии Сс являются: недостаточная тяга, наличие бесполезного балласта, небольшая скорость движения.

Указанные недостатки обусловлены конструкцией электровоза. Известен также электровоз постоянного тока ПБ-21, содержащий экипажную часть с установленными на ней тяговыми электродвигателями и колесной формулой 2-3-2, на которой установлен кузов, внутри которого размещены кабины машинистов, контроллеры, мотор-вентиляторы, мотор-компрессоры, мотор-генератор трехфазного переменного тока, тормозные реостаты, аккумуляторные батареи, на крыше кузова размещены главные резервуары и два пантографа. Конструкционный вес 131 т, нагрузка на ось 22,3 т, часовая мощность электродвигателей 3.2.340 кВт, конструкционная скорость 140 км/ч.

Известный электровоз ПБ-21 как наиболее близкий по технической сущности и достигаемому результату принят в качестве ближайшего аналога.

Недостатки электровоза ПБ-21: низкая экономичность, небольшой сцепной вес. Указанные недостатки обусловлены конструкцией электровоза, а также низким напряжением в контактной сети.

Цель изобретения заключается в повышении эксплуатационных качеств электровоза и улучшении экологической обстановки вдоль железной дороги.

Указанная цель согласно изобретению достигается тем, что два пантографа с механизмами привода заменены высоковольтным входным устройством, одна из входных клемм которого электрически через кузов, раму и тележки соединена с рельсами высоковольтным распределительным устройством, вход которого электрически подключен к выходу высоковольтного входного устройства, а к выходу подключены мотор-генератор трехфазного переменного тока, тяговые электродвигатели через контроллеры, мотор-генератор постоянного тока, также подключенный к выходу высоковольтного распределительного устройства, генератор которого электрически через реле-регулятор соединен с аккумуляторами батареями, высоковольтным блоком, питаемым от аккумуляторных батарей, отрицательный высоковольтный вывод которого подключен ко второй входной клемме высоковольтного входного устройства, кроме того, выход тяговой подстанции постоянного тока электрически соединен с нагрузкой, выполненной в форме катушки индуктивности, или резистора, или конденсатора, положительный вывод которой электрически соединен с одним из рельсов.

На фиг.1 изображен общий вид электровоза постоянного тока; на фиг.2 вид сверху на электровоз постоянного тока; на фиг.3 расположение узлов и агрегатов электровоза постоянного тока; на фиг.4 блок-схема электровоза постоянного тока; на фиг.5 схема подключения тяговой подстанции; на фиг.6 - общий вид высоковольтного входного устройства; на фиг.7 вид сверху на высоковольтное входное устройство; на фиг.8 электрическая схема высоковольтного входного устройства, общий вид в разрезе высоковольтного распределительного устройства; на фиг. 9, 10 вид сверху на высоковольтное распределительное устройство при снятой верхней крышке; на фиг.11 схема рекуперативного и реостатного торможения; на фиг.12 схема высоковольтного блока; на фиг.13 схема питания основных электрических цепей электровоза постоянного тока.

Электровоз постоянного тока содержит раму 1, шарнирно связанную с тележками 2 и 3, на которых размещены тяговые электродвигатели 4, 5, 6, 7, а также рессорное подвешивание и элементы тормозной пневмосистемы (на чертежах не показаны). На раме установлен кузов 8, внутри которого размещены: кабины машинистов, контроллеры 9, высоковольтная камера 10, высоковольтное распределительное устройство 12 и высоковольтный блок 13, мотор-вентилятор 14 и 15 принудительного охлаждения тяговых электродвигателей, мотор-генератор трехфазного переменного тока 16, мотор-генератор постоянного тока 17, мотор-компрессор 18 с элементами пневмосистемы и главными воздушными резервуарами 19, аккумуляторные батареи 20 и ящики с пускорегулирующей аппаратурой 21. Внутри в верхней части кузова электровоза размещены тормозные реостаты 22 и мотор-вентиляторы 23 и 24 приточно-вытяжной вентиляции. К тяговой подстанции постоянного тока 25 подключена нагрузка 26, которая может быть выполнена из одной или нескольких индуктивностей, соединенных параллельно, из нескольких резисторов, соединенных также параллельно. Положительный вывод от нагрузки подключен к одному из рельсов 27, которые уложены на шпалах 28 и имеют изолировочные прокладки 29 для предотвращения утечки положительных зарядов в землю.

Высоковольтное входное устройство содержит шасси 30, на верхней части которого размещены держатели 31, в которых закреплены ламповые диоды 32 и 33, наполненные водородом под давлением 10-12 Па. На лампы надеты охлаждающие кожухи 34 и 35, внутри которых установлены вентиляторы 36 и 39. Каждый кожух имеет фильтр 40 для очистки воздуха и выпускное сопло 41. На передней стенке шасси установлена входная положительная клемма 42, соединенная через ограничительные резисторы 43 и 44 с анодами ламп, положительным выводом нагрузочного резистора 45 и выходной положительной клеммой 46. Входная положительная клемма через включатель 47 соединена с кузовом и рамой электровоза. Входная отрицательная клемма 48 через включатель 49 электрически соединена с катодами обеих ламп, отрицательной клеммой 50. Обе выходные клеммы расположены на задней стенке шасси. Разъем 51, установленный на боковой стенке шасси, электрически подключен к нитям накала обеих ламп и через включатель 52 соединен с аккумуляторной батареей. Для улучшения контакта между рельсами и рамой электровоза на обоих путеочистителях 53 и 54 установлено по две щетки 55, выполненные из гибких упругих проволочек.

Высоковольтное распределительное устройство содержит корпус 56, имеющий в нижней части отверстия для крепления, а в верхней части закрытый крышкой 57. Внутри корпуса на изоляционных стойках 58 закреплены положительная 59 и отрицательная 60 шины, электрически соединенные с входными клеммами 61 и 62, установленными на передней стенке корпуса. Входные клеммы высоковольтного распределительного устройства электрически соединены с выходными клеммами высоковольтного входного устройства. На задней стенке корпуса установлены разъемы 63, 64, 65, соединенные проводниками с шинами, имеющими винты 66. К этим разъемам подключены: электродвигатель постоянного тока 67 мотор-генератора трехфазного переменного тока, генератор 68 которого электрически соединен с электродвигателями привода компрессора тяговых электродвигателей и другими потребителями, электродвигатель постоянного тока 72 привода генератора постоянного тока 73 подзарядки аккумуляторных батарей, тяговые электродвигатели, подключенные через контролеры.

Вход высоковольтного блока подключен к преобразователю 74 постоянного тока в переменный питаемого через включатель 75 от аккумуляторных батарей. Преобразователь может быть выполнен электронным или механическим. Высоковольтный блок содержит повышающий трансформатор 76, выпрямитель 77 в форме диодного мостика, работающего на нагрузку 78, выполненную в форме индуктивности или резистора. Отрицательный вывод с нагрузки электрически соединен с отрицательной входной клеммой высоковольтного входного устройства. Для уменьшения размеров высоковольтного блока можно вместо диодного мостика использовать умножитель напряжения, и тогда уменьшаются размеры повышающего трансформатора. Электровоз оборудован тремя стандартными системами торможения: пневматической (на чертежах не показана), реостатной, содержащей контроллер, посредством которого якоря тяговых электродвигателей могут быть соединены последовательно с обмотками возбуждения 79 и через тиристорное устройство 80 подключены к тормозным реостатам, рекуперативной, отличающейся от предыдущей тем, что выход с тиристорного блока подключен к нагрузке 81, выполненной в форме индуктивности или резистора. Положительный вывод от нагрузки соединен с рамой электровоза. Ввиду того, что рама и кузов электровоза несут на себе положительные заряды, все электродвигатели, приборы и агрегаты, работающие под напряжением, должны быть изолированы от них.

Работа электровоза постоянного тока.

Перед началом движения электровоза необходимо включить включатель 52 и подать напряжение от аккумуляторных батарей 20 на нити накала катодов ламп 32 и 33, включить включатель 75 и подать питание от аккумуляторных батарей 20 на преобразователь, который преобразует постоянный ток аккумуляторных батарей и однофазный переменный ток, который подается на вход высоковольтного блока 13, отрицательные заряды с которого после включения включателя 49 поступают на катоды ламп 32 и 33 и далее на шину 60 высоковольтного распределительного устройства 12 через клеммы 50 и 62. После включения включателя 47 положительные заряды от тяговой подстанции 25 станут поступать с нагрузки 26 через рельс 27, раму 1 и кузов 8 электровоза через ограничительные резисторы 43 и 44 на аноды ламп 32 и 33. Под действием высоковольтного положительного заряда атомы водорода, находящиеся вблизи анодов ламп, будут ионизированы и под действием электрического поля станут двигаться к катодам этих ламп. Достигнув катодов, они будут выбивать из его поверхности электроны, которые станут двигаться в сторону анода и ионизировать попадающие на их пути атомы водорода, при этом возникнет электронно-ионная эмиссия. Одновременно с этим нити накала разогревают катоды и заставляют их дополнительно испускать электроны, которые также двигаются к анодам, ионизируя по пути новые атомы водорода. В результате этого в лампах возникает самостоятельный газовый разряд. Наряду с процессом ионизации водорода в лампах 32 и 33 одновременно происходит и процесс рекомбинации электронов и ионов, в результате которой вновь образуются нейтральные атомы водорода и в лампах возникает динамическое равновесие, число появляющихся вследствии ионизации носителей заряда будет равняться числу носителей, исчезающих за то же самое время в результате рекомбинации. (В. А. Батушев. Электронные приборы. М. Высшая школа, 1980 г. с. 297-313). В результате указанных выше процессов между анодами и катодами ламп протекает ток, который поступает на нагрузку 45, с которой снимается и подается через клеммы 46, 61 и 50, 62 на шины 59 и 60 высоковольтного распределительного устройства 12. Полученный ток снимается с разъема 65 и подается на электродвигатель 67 мотор-генератора трехфазного переменного тока 16, который приходит во вращение и приводит в движение генератор трехфазного переменного тока 68, который вырабатывает трехфазный переменный ток, идущий на питание электродвигателей 69, 70, 71 всех вспомогательных агрегатов, компрессора, вентиляторов и различных исполнительных механизмов. Получая питание от разъема 64, электродвигателя 72, включенный последовательно с блокирующим устройством, приводит во вращение генератор постоянного тока 73 мотор-генератора постоянного тока 17, который через реле-регулятор подзаряжает аккумуляторные батареи 20. Когда напряжение на зажимах генератора постоянного тока 73 выше, чем напряжение аккумуляторных батарей 20, то реле-регулятор подключает генератор постоянного тока к аккумуляторным батареям, и наоборот, когда напряжение на клеммах аккумуляторных батарей выше, чем на зажимах генератора постоянного тока 73, то реле-регулятор воздействует на блокировочное устройство (на фиг.13 они соединены стрелкой), отсоединяя аккумуляторные батареи и от генератора. Движение электровоза вперед или назад осуществляется путем перевода ручки контроллера 9 в то или иное положение. При этом ток (постоянный) с разъема 63 поступает на контроллер 9 и далее на обмотки возбуждения 79 и якоря тяговых электродвигателей 4, 5, 6, 7, приводя последние во вращение и электровоз в движение. Если возникает необходимость плавного уменьшения скорости движения до определенного предела электровоза, движущегося на затяжном спуске, то применяют рекуперативную систему торможения. Для этого переводят ручку контролера 9 в соответствии положения, тяговые электродвигатели 4, 5, 6, 7 отключаются от высоковольтного распределительного устройства 12, их обмотки возбуждения 79 соединяются последовательно с якорями. Вырабатываемый при этом тяговыми электродвигателями ток поступает на тиристорный блок 80 и нагрузку 81, с которой снимаются положительные заряды и возвращаются в сеть через кузов 8, раму 1, щетки 55 электровоза и рельсы 27. Для кратковременного снижения скорости движения электровоза на небольшом участке используется реостатная система торможения. При установке ручки контроллера 9 в соответствующее положение тяговые электродвигатели отключаются от высоковольтного распределительного устройства 12, и якоря последних соединяются последовательно с обмотками возбуждения 79. Вырабатываемый тяговыми электродвигателями 4, 5, 6, 7 ток через тиристорный блок 80 поступает на тормозные реостаты 22, на которых гасится энергия движения электровоза (фиг. 11). Для быстрого снижения скорости движения электровоза вплоть до его полной остановки применяется стандартная пневматическая система торможения, включаемая поворотом ручки тормозного крана (не показана). В случае экстренного торможения одновременно с пневматической системой торможения можно использовать реостатную систему торможения. Контроль за движением электровоза и работой его систем осуществляется по стандартным контрольным приборам (на чертежах не показано).

Использование: изобретение относится к железнодорожному транспорту и может найти применение в устройствах локомотивов. Сущность: электровоз постоянного тока содержит раму с тележками, на которой установлен кузов, внутри которого размещены мотор-вентиляторы принудительного охлаждения тяговых двигателей, мотор-компрессор с пневмосистемой и главными воздушными резервуарами, мотор-генератор трехфазного переменного тока, тормозные реостаты, контроллеры. Новым в электровозе постоянного тока является то, что пантографы с механизмами подъема и спуска заменены высоковольтным входным устройством 11, электрически соединенным с высоковольтным входным устройством 12, к которому подключены через контролеры 9 тяговые электродвигатели, мотор-генератор трехфазного переменного тока 16, мотор-генератор постоянного тока 17, также подключенный к высоковольтному распределительному устройству 12, выход которого соединен с аккумуляторными батареями 20, высоковольтным блоком, питаемым от аккумуляторной батареи 20, отрицательный вывод которого соединен с одной из входных клемм высоковольтного входного устройства 11, причем положительный вывод тяговой подстанции электрически подключен к одному из рельсов и через раму и кузов электровоза соединен с другой входной клеммой высоковольтного входного устройства 11. При подаче на нити катодов газотронов высоковольтного входного устройства напряжения от аккумуляторных батарей, а на сами катоды отрицательных зарядов с высоковольтного блока и одновременно положительных зарядов на аноды от тяговой подстанции через раму на выходных клеммах высоковольтного входного устройства 11 вследствие ионизации газа в газотронах создается разность потенциалов, которая и используется для питания всех цепей электровоза. 4 з.п. ф-лы, 13 ил.

1. Электровоз постоянного тока, содержащий экипажную часть с тяговыми электродвигателями, раму, на которой установлен кузов, внутри которого размещены кабины машинистов с установленными в них контроллерами, мотор-вентиляторы охлаждения тяговых электродвигателей, мотор-вентиляторы приточно-вытяжной вентиляции, тормозные реостаты, мотор-компрессор, мотор-генератор трехфазного переменного тока, системы пневматического, рекуперативного и реостатного торможения, механизмы контроля и управления, отличающийся тем, что внутри кузова электровоза установлена высоковольтная камера, внутри которой размещены высоковольтное входное устройство, высоковольтное распределительное устройство и высоковольтный блок. 2. Электровоз по п.1, отличающийся тем, что высоковольтное входное устройство содержит шасси, на котором установлены держатели с ламповыми диодами, наполненными водородом под давлением и вставленными внутрь кожухов охлаждения, имеющих вентиляторы, приводимые в движение электродвигателями, причем входная положительная клемма упомянутого устройства соединена через ограничительные резисторы с анодами ламп, количество которых определено электрическими параметрами высоковольтного входного устройства, положительным выводом нагрузочного резистора и выходной положительной клеммой, а отрицательная входная клемма соединена с катодами ламп, отрицательным выводом нагрузочного резистора и выходной отрицательной клеммой, причем катоды ламп имеют подогреватели, электрически соединенные с аккумуляторными батареями, а вxoдная положительная клемма соединена с кузовом и рамой электровоза. 3. Электровоз по пп.1 и 2, отличающийся тем, что высоковольтное распределительное устройство содержит коробку, закрытую крышкой, внутри которой на изоляторах размещены положительная и отрицательная шины, каждая из которых соединена с соответствующей входной клеммой, установленные на передней стенке коробки, а каждый из выходных разъемов, установленных на задней стенке коробки, соединен с той и другой шиной, причем входные клеммы соединены с выходными клеммами высоковольтного входного устройства, а к выходным разъемам подключены электродвигатель мотор-генератора трехфазного переменного тока, электродвигатель мотор-генератора постоянного тока, тяговые электродвигатели через контроллеры. 4. Электровоз по пп.1 3, отличающийся тем, что высоковольтный блок содержит преобразователь постоянного тока в переменный, механического или электронного исполнения, подключенного к аккумуляторным батареям, выход которого соединен с повышающим устройством, имеющим выходную нагрузку, отрицательный вывод которой соединен с отрицательной клеммой высоковольтного входного устройства. 5. Электровоз по пп.1 4, отличающийся тем, что выход тяговой подстанции соединен с нагрузкой, выполненной в форме одной или нескольких индуктивностей или резисторов, соединенных между собой параллельно, положительный вывод с которой электрически соединен с одним из рельсов и через раму и кузов электровоза подведен к положительной клемме высоковольтного входного устройства.