Источником электроэнергии для питания вспомогательных машин, цепи управления и других потребителей каждой тяговой секции электропоезда ЭР200 является преобразователь 1ПВ.004, состоящий из двигателя постоянного тока напряжением 3000 В и синхронного генератора трехфазного тока частотой 50 Гц напряжением 220 В.
Преобразователи установлены на вагонах Г и М. Переменным током на всех вагонах электропоезда питаются асинхронные двигатели компрессора кондиционера, вентиляторов кондиционера и вагона, нагревательные элементы служебных помещений и туалета, блок индикации скорости и времени «Исари». Кроме того, от вспомогательной цепи переменного тока питаются: на вагонах Г и М — асинхронный двигатель компрессора пневматической сети секции, зарядное устройство аккумуляторной батареи, система автоматического регулирования частоты и напряжения синхронного генератора; на вагоне МТ — коммутирующие конденсаторы тиристорных регуляторов.
Аккумуляторные батареи вагонов Г и М заряжаются постоянным током напряжением 110 В, который получают путем трансформации и выпрямления переменного напряжения синхронного генератора. От аккумуляторной батареи (вспомогательной цепи постоянного тока) на всех вагонах электропоезда питаются цепи управления и дежурного освещения, аппараты электронной системы защиты от боксования и юза, а также двигатели насосов для подачи промывочной жидкости в туалетах. Кроме того, от вспомогательной цепи постоянного тока питаются:
- на вагоне МТ — двигатели вентилятора тиристорного регулятора и вспомогательного компрессора;
- на вагоне Г — сигнальные лампы и двигатель преобразователя постоянного тока в однофазный переменный ток напряжением 220 В частотой 400 Гц.
Переменным током частотой 400 Гц на вагонах МТ питаются источники предварительного возбуждения тяговых двигателей при электрическом торможении, а на вагоне Г — система автоматической локомотивной сигнализации АЛС-200, аппараты автомашиниста и устройство радиосвязи.
Ниже дана общая характеристика и перечислены некоторые конструктивные особенности вспомогательных машин электропоезда.
Преобразовательный агрегат 1ПВ.004 имеет электродвигатель со смешанным возбуждением. Одна обмотка возбуждения двигателя ВС включена последовательно с обмоткой якоря Я в цепь постоянного тока напряжением 3000 В (рис. 34), а вторая, независимая обмотка ВН получает питание от цепи трехфазного тока через выпрямитель на диодах Д204, Д205, Д229, Д230 и тиристор Тт201.
Длительность открытого состояния тиристора Тт201 регулируется датчиком частоты. Благодаря этому изменяется ток возбуждения в независимой обмотке и стабилизируется частота вращения якоря электродвигателя преобразователя. Выходное напряжение синхронного генератора автоматически стабилизируется благодаря регулированию тока в цепи обмотки возбуждения посредством тиристора Тт203. Система автоматической стабилизации частоты и напряжения синхронного генератора в принципе повторяет примененную ранее на электропоезде ЭР22М (ЭР22В).
Для уменьшения провалов напряжения синхронного генератора при запуске асинхронных двигателей используют трехфазный трансформатор тока ТрВ с выпрямителем на диодах Д207—Д212.
На случай выхода из строя одного из преобразователей предусмотрена возможность перехода на схему резервирования питания вспомогательных цепей вагона с неработающим преобразователем от преобразователя соседнего вагона.
Рис. 34. Принципиальная схема преобразовательного агрегата
Испытания показали, что при различных сочетаниях включаемых нагрузок синхронного генератора от холостого хода до максимального значения нагрузки (по схеме резервирования) регулируемая частота изменяется в пределах 49,7—50,1 Гц, а линейное напряжение генератора от 227 до 210 В. Благодаря практически симметричному подключению нагрузок напряжение синхронного генератора по фазам симметрично. Коэффициент загрузки синхронного генератора по мощности не превышает 50%. Коэффициент мощности генератора cos φ во всех эксплуатационных режимах находится в пределах 0,5—0,8. Сравнительно невысокое его значение отражает неполную загрузку асинхронных машин потребителей.
Двигатель преобразователя работает с последовательно включенным в цепь обмотки якоря демпферным резистором сопротивлением 12 Ом. Кроме того, для ограничения пускового тока в эту же цепь включают пусковой резистор.
Преобразователь 1ПВ.004 имеет следующие основные технические данные:
Двигатель Мощность.................................................... 87 кВт Номинальное напряжение...................................... 3000 В Продолжительный ток......................................... 35 А Номинальная частота вращения................................ 1500 об/мин Число главных полюсов....................................... 4 Число добавочных полюсов.................................... 4 Сопротивление четырех катушек при 20°С: Сопротивление независимой обмотки главных полюсов........... 4,86 Ом Сопротивление последовательной обмотки главных полюсов...... 0,1355 Сопротивление добавочных полюсов............................ 0,38 Якорь Диаметр.................................................... 4,23 мм Обмотка.................................................... волновая Длина...................................................... 300 мм Число пазов................................................ 53 Число витков секции........................................ 1 Сопротивление обмотки при 20° С............................ 1,47 Синхронный генератор Мощность................................................... 75 кВт Напряжение................................................. 236 В Ток........................................................ 265 А Частота.................................................... 50 Гц Напряжение возбуждения..................................... 90 В Ток возбуждения............................................ 20,6 А Наружный диаметр статора................................... 590 мм Сопротивление обмотки статора при 20°С..................... 0,0180 Ом Сопротивление обмотки ротора при 20°С...................... 3,13 Масса преобразователя...................................... 2400 кг
Остов двигателя преобразователя установлен четырьмя лапами на раме вагона, а статор синхронного генератора прикреплен консольно к остову двигателя через промежуточный подшипниковый щит. Ротор синхронного генератора насажен на выступающий конец вала двигателя (рис. 35).
Рис. 35. Продольный (а) разрез преобразователя 1ПВ.004: 1 — пластмассовый палец щеткодержателя; 2 — пружина крышки люка; 3, 5, 12, 28, 32 — болты; 4 — щит; 6 — контактное кольцо; 7 — обмотка статора генератора; 8—остов генератора; 9—пакет статора; 10—пакет ротора; 11 — траверса; 13, 26 — подшипниковые щиты; 14 — роликоподшипник 8Н32322; 15 — остов двигателя; 16 — коллектор; 17 — обмотко-держатель; 18 — катушка независимого возбуждения; 19 — катушка последовательного возбуждения; 20 — текстолитовая прокладка; 21 — пакет якоря; 22 — вал; 23— обмотка якоря; 24 — фиксатор щеткодержателя; 25 — изолятор щеткодержателя; 27 — вентилятор; 29 — шайба; 30 — кожух; 31 — стенка; 33 — роликоподшипник 8Н92320; 34
Рис. 35 Поперечный (б) резрез преобразователя: 35 — корпусы щеткодержателя; 36 — полюс ротора; 37 — сердечник ротора; 38 — катушка добавочного полюса двигателя; 39 — добавочный полюс двигателя; 40 — коробка выводов; 41 — главный полюс двигателя; 42 — демпферная обмотка
Двигатель имеет следующие особенности исполнения. В круглом стальном остове его предусмотрены четыре смотровых люка для осмотра и ремонта коллекторов и щеткодержателей, а также смены щеток. Якорь имеет две обмотки и соответственно два коллектора. Магнитная система — общая для обеих обмоток. Бандажи.обмотки якоря выполнены из стеклоленты. Изоляция обмоток якорей нескольких первых машин (выпуска 1972 г.) изготовлена из липкой стеклоэскапоновой ленты, пропитана в лаке ФЛ-98, других машин— из стеклослюдинитовой ленты, пропитана в эпоксидном компаунде. Оба коллектора одинаковы и выполнены на пластмассовой основе. Катушки независимого-возбуждения и добавочных полюсов изготовлены из обмоточного провода, а последовательного возбуждения — из медной шины, намотанной плашмя. Катушки вместе с полюсами пропитаны в эпоксидном компаунде и образуют монолитную конструкцию. Со стороны вентилятора роликоподшипик якоря радиально-упорный, а со стороны синхронного генератора — радиальный. В литых корпусах щеткодержателей установлены щетки ЭГ-2А, имеющие размеры 10 X 20 X 40 мм. Корпусы щеткодержателей пальцами прикреплены к траверсе, установленной на выточке подшипникового щита.
Синхронный генератор имеет наборный статор. Листы лакированной электротехнической стали толщиной 0,5 мм шихтуют непосредственно на остов. Обмотка статора выполнена из жестких секций, которые уложены в открытые пазы, изолированы стекло-слюдопластолентой и закреплены клиньями. Обмотка соединена в звезду.
Литой сердечник ротора генератора установлен на выступающем конце вала двигателя. К сердечнику крепятся четыре набранных из листовой стали полюса. В наконечниках полюсов имеется демпферная обмотка. Полюсы крепятся к сердечнику ротора специальными выступами, отштампованными вместе с остальной частью роторного листа. Изоляция ротора — «Монолит-2». На сердечник ротора насажены контактные кольца, опрессованные пластмассой. Каждый из четырех латунных щеткодержателей генератора прикреплен к щиту двумя пластмассовыми кольцами. Щетки М6 генератора имеют размеры 10 × 16 × 25 мм.
Преобразователь снабжен литым силуминовым вентилятором, который установлен на конец вала со стороны, противоположной генератору.
Машинный преобразователь АЛП-3,5М преобразует постоянный ток напряжением 110 В в однофазный ток частотой 427 Гц напряжением 220 В. Мощность генератора (типа ФОП 312/14) 3,5 кВт. Потребляемый двигателем ток 57 А. Частота вращения якоря преобразователя 2850 об/мин. Ток нагрузки генератора 19 А. В комплект преобразователя входит автоматический центробежный регулятор оборотов, блок компенсации и регулирования, блок управления генератором. Для запуска двигателя преобразователя используют пускатель постоянного тока. Пуск двигателя двухступенчатый. Общая продолжительность пуска 14 с. Максимальный пусковой ток 63 А.
Самовозбуждение однофазного генератора осуществляется через трансформатор возбуждения и селеновый выпрямитель. Автоматический регулятор напряжения обеспечивает поддержание постоянства напряжения на выходе генератора с точностью ±2% при изменении его нагрузки в пределах 50—100% номинального значения и при изменении напряжения питающей сети в пределах 95—170 В. Схемой предусмотрено также ручное регулирование напряжения регулировочным реостатом. Во время пуска при возбуждении генератора загорается сигнальная лампа, которая продолжает гореть во время работы генератора. Для защиты генератора от перегрузок и коротких замыканий служит тепловое реле.
Двигатель преобразователя выполнен четырехполюсным с компаундным возбуждением. Для подавления радиопомех применены конденсаторы и в цепь шунтовой обмотки введены два реактора.
Синхронный генератор индукционного типа представляет собой машину с обмотками переменного тока и обмоткой возбуждения. Ротор синхронного генератора и якорь двигателя постоянного тока имеют общий вал, на котором со стороны генератора установлен центробежный вентилятор, а со стороны двигателя — центробежный регулятор оборотов. Двигатель и генератор имеют общий стальной корпус с коробкой для выводов и коробкой с угольным регулятором напряжения.
Мотор-компрессор ЭК7В служит для питания сжатым воздухом тормозных и пневматических приборов электропоезда. Он состоит из асинхронного электродвигателя ДК-548А мощностью 5,0 кВт (номинальное напряжение 220/381 В, номинальный ток 29/17 А) и горизонтального однорядного одноступенчатого поршневого компрессора подачей 0,58 м3/мин с воздушным охлаждением. Номинальное значение рабочего давления сжатого воздуха 0,8 МПа. Номинальная частота вращения коленчатого вала компрессора 540, якоря электродвигателя 975 об/мин. Между валом электродвигателя и коленчатым валом компрессора имеется двухступенчатый редуктор, который состоит из шестерни вала электродвигателя, шестерни коленчатого вала компрессора и блока шестерен, вращающегося на эксцентриковой оси. Фланцы электродвигателя и компрессора скреплены между собой шестью болтами.
Корпус компрессора отлит из серого чугуна. Двухкривошипный коленчатый вал вращается в двух радиальных однорядных шариковых подшипниках. На шатунных шейках коленчатого вала смонтированы в баббитовых подшипниках два горизонтальных шатуна. Поршни из серого чугуна имеют по три ручья для двух компрессионных колец и«одного маслосъемного кольца. Ленточные само-пружинящие всасывающие и нагнетательные клапаны выполнены в одном блоке и каждый имеет шесть нагнетательных и шесть всасывающих -пластин. Картер компрессора заполняется маслом до верхнего уровня маслозаливочного отверстия. При вращении коленчатого вала масло из картера захватывается разбрызгивателями, укрепленными на шатунах. Это создает при работе компрессора «масляный туман». Частицы масла оседают на всех рабочих поверхностях трущихся деталей, смазывая их. Общая масса сухого мотор-компрессора равна 428 кг. Расчетный режим мотор-компрессора повторно-кратковременный с ПВ—50% и продолжительностью цикла до 10 мин. Испытания электропоезда показали, что ПВ мотор-компрессора не превышает 25—30%. Рабочий ток двигателя компрессора составляет 27 А, хотя максимальное значение пускового тока достигает 190 А при продолжительности пуска 0,25 с. При включении мотор-компрессора кратковременно (около 0,1 с) снижается напряжение на 20%.
Электродвигатели вентиляторов пассажирского помещения вагонов, кондиционера и кабины машиниста трехфазные асинхронные с короткозамкнутым ротором, вибро и ударостойкие двигатели, защищенные от попадания влаги во внутреннюю полость везде, за исключением линии вала. Ввод питающего кабеля в коробке выводов электродвигателя имеет сальниковое водонепроницаемое уплотнение. Аксиальную вентиляцию осуществляет центробежный вентилятор, расположенный со стороны, противоположной свободному концу вала ротора. Корпус статора электродвигателя и подшипниковые щиты выполнены из алюминиевого сплава АЛ-9. Трехфазная однослойная обмотка статора состоит из мягких секций, изготовленных из круглого обмоточного провода.
Внутренняя обойма шарикоподшипника со стороны вентилятора зафиксирована пружинным кольцом, а наружная подшипниковыми крышками. Подшипник со стороны свободного конца вала выполнен плавающим в ступице щита. Подача воздуха вентилятором пассажирского помещения вагона равна 2500 м3/ч.
Для охлаждения вентилируемого воздуха летом используют кондиционер КЖВС-25 (компрессионный, непосредственного испарения с воздушным охлаждением конденсатора).
Для привода компрессора использован трехскоростной асинхронный двигатель АВ72—8/6/ЧФ. Предусмотрено автоматическое включение и переключение частоты вращения его ротора в зависимости от температуры воздуха в салоне вагона (табл. 2).
Таблица 2. Параметры двигателя компрессора
| Температура воздуха в салоне, °C | Частота вращения, об/мин | Мощность, кВт | Ток, А | Напряжение, В | Схема включения | cos φ | η, % |
| 24-25 | Низкая, 700 | 7 | 28,6 | 220 | Треугольник | 0,81 | 78,5 |
| 25—26 | Средняя, 950 | 9 | 32,5 | 220 | Звезда | 0,88 | 82,5 |
| Более 26 | Высокая, 1410 | 10 | 34,8 | 220 | Две звезды | 0,92 | 82.0 |
Конденсатор кондиционера имеет два осевых вентилятора с электродвигателями АО2-32-4-Ж мощностью по 1,5 кВт (номинальное напряжение 220 В, номинальный ток 5,86 А, номинальная частота вращения 1420 об/мин).
Одновременно с компрессором кондиционера включаются либо два вентилятора конденсатора (при средней и высокой частотах вращения компрессора), либо только один вентилятор (при низкой частоте вращения компрессора).
Воздухоохладитель кондиционера размещен в чердачном помещении переднего тамбура в начале потолочного канала.
Для привода вентилятора вагона использован асинхронный двигатель АОМ32-4 мощностью 1,5 кВт (номинальное напряжение 220/381 В, номинальный ток 7,6/4,4 А, номинальная частота вращения 1390 об/мин, схема включения: звезда/треугольник).
Для привода вентилятора кабины машиниста использован электродвигатель АОМ22-2 мощностью 1,0 кВт. Номинальная частота вращения 2850 об/мин. Подача вентилятора 700 м3/ч. В кабину машиниста летом подают кондиционированный воздух. Отвод воздуха в кабину машиниста от потолочного канала вентиляции пассажирского салона происходит сразу за воздухоохладителем.
Осевой вентилятор 1ВО.001 для обдува элементов блока пускотормозных резисторов имеет встроенный электродвигатель постоянного тока последовательного возбуждения. Вентилятор (рис. 36) прикреплен к кожуху блока пуско-тормозных резисторов 1БС.012 посредством подвески, состоящей из изолированных шпилек и насаженных на них фарфоровых изоляторов. Кожух вентилятора состоит из наружной сварной трубы и внутреннего цилиндра, предназначенного для установки двигателя. Рабочее колесо вентилятора, отлитое из сплава АЛ15В (ГОСТ 2685—75), посажено на конец вала двигателя. Направляющий аппарат Для потока воздуха состоит из лопаток, колец, сепаратора, двух фланцев и обечайки.
Двигатель вентилятора питается от одного из элементов R9 (R10) пуско-тормозных резисторов. Этот низковольтный двигатель подключен параллельно обдуваемым резисторам, находящимся под напряжением 3000 В, поэтому кожух вентилятора изолирован от остальных частей блока изоляционными патрубками и изоляционной подвеской. Патрубки выполнены из стеклопластика, с обеих сторон которого имеются стальные фланцы. Внешний патрубок соединяет вентилятор с фильтром, а внутренний — с блоком резисторов. Весь блок целиком подвешен на раме вагона также посредством изоляторов.
Остов двигателя выполнен из стальной трубы. Он запрессован во втулку кожуха вентилятора и имеет два люка для осмотра щеточноколлекторного узла. Катушки главных и добавочных полюсов выполнены из обмоточного провода, изолированы стеклослюдинитовой лентой и пропитаны в эпоксидном компаунде совместно с полюсами и остовом, образуя моноблок. Коллектор якоря изготовлен на пластмассовой основе. Катушки волновой обмотки якоря с одной «мертвой» секцией выполнены из обмоточного провода и изолированы кремнийорганической микалентой. Они удерживаются в пазах проволочными бандажами. Со стороны коллектора установлен подшипник 80208С9, а с противоположной стороны — два подшипника 46210Е со смазкой ЦИАТИМ-221 (ГОСТ 9433—60). Щетки ЭГ-2А электродвигателя имеют размеры 16×40×50 мм.
Щеткодержатели установлены на пластмассовой траверсе, прикрепленной к чугунному подшипниковому щиту. Траверсу при заводской настройке двигателя поворачивают относительно щита и фиксируют двумя болтами.
Основные технические Данные мотор-вентилятора следующие:
Двигатель Мощность................................................. 10 кВт Напряжение............................................... 76 В Ток...................................................... 166 А Частота вращения якоря................................... 2600 об/мин Напряжение изоляции обмоток относительно заземленных частей 3000 В Вентилятор Наибольшая подача........................................ 300 м3/мин Давление................................................. 2000 Па Диаметр рабочего колеса.................................. 600 мм Масса всей установки..................................... 300 кг
Испытания показали, что в установившемся режиме двигатель вентилятора работает с перегрузкой по току на 10% и по мощности на 17%. Пусковой ток двигателя 180—188 А, напряжение 80—85 В, средняя продолжительность пуска 3—5 с. При пуске имеют место кратковременные броски тока до 200—3(50 А.
Мотор-вентилятор тиристорного регулятора, установленный в ящике Д Я А.030, состоит, из вентилятора Ц4-70№3 и электродвигателя П22 (ГОСТ 183—74) постоянного тока напряжением 110 В с самовентиляцией. Электродвигатель П22 имеет параллельное возбуждение и его скоростная характеристика обеспечивает снижение частоты вращения в пределах 8—15% при повышении нагрузки от холостого хода до номинальной. Это изменение частоты достигается применением легкой стабилизирующей последовательной обмотки. Номинальный ток двигателя 11,7 А, номинальная частота вращения 1500 об/мин. Электродвигатель имеет два главных полюса. Масса электродвигателя 12,5 кг. Испытания показали, что пусковой ток двигателя 59 А, продолжительность запуска 3—4 с.
Рис. 36. Продольный (а) разрез вентилятора 1ВО.001: 1 — крышка подшипника; 2, 17 — болты; 3 — шпонка; 4 — замковая шайба; 5 — гайка; 6, 14 — подшипники; 7, 10 —изоляционные патрубки; 8 — направляющий аппарат; 9 — изоляционная подвеска вентилятора; 11 — якорь; 12 — щеткодержатель; 13 — реле; 15, 24 — подшипниковые щиты; 16— траверса; 18 — крышка; 19 главный полюс; 20 — добавочный полюс; 21— остов двигателя; 22– втулка; 23 — труба; 25— рабочее колесо вентилятора;
Рис. 36 Поперечный (б) разрез вентилятора: 26 — брезентовый чехол; 27 — угольник; 28 — косынка
Электродвигатель П-31 вспомогательного компрессора (для подъема токоприемника) является двигателем общепромышленного применения, защищенного исполнения постоянного тока напряжением 110 В. Номинальная мощность двигателя 0,7 кВт, номинальная частота вращения 1000 об/мин, масса 54, 5 кг. Электродвигатель имеет цилиндрический стальной остов с главными и добавочными полюсами.
Электроприводной насос ЭЦН104 для подачи промывочной жидкости в туалете состоит из центробежного насоса подачей 1000 л/ч и электродвигателя Д-100С постоянного тока последовательного возбуждения напряжением 27 В.
Перепад давления, создаваемый насосом, около 0,13 МПа. Частота вращения якоря электродвигателя 5800 об/мин при основном режиме работы и 10 000 об/мин при форсированном, потребляемый ток соответственно 5,8 и 14,5 А. Масса электродвигателя 3,34 кг, а сухого центробежного насоса 3,85 кг.
Насос действует следующим образом. Жидкость из бака туалета поступает самотеком к крыльчатке насоса через сетку фильтра. В рабочих каналах крыльчатки под действием центробежных сил происходит повышение давления жидкости и она выбрасывается в улитку корпуса насоса и дальше в выходной патрубок насоса. В улитке и выходном патрубке происходит дополнительное повышение общего давления жидкости.
Насос рассчитан на то, что рабочей жидкостью может быть смесь воды, формалина, мочевины, мыла, экскрементов и промывочной жидкости. На вагонах первого электропоезда из-за ненадежной конструкции сливного клапана туалета временно изменена система его работы: эвакуационный бак используется только как емкость для сливной воды, а эвакуация экскрементов производится непосредственно из унитаза по фановой трубе, ведущей наружу под вагон.
Электродвигатель насоса имеет корпус, якорь, четыре полюса и четыре щеткодержателя с медно-графитовыми щетками. К сети электродвигатель присоединяется стандартным штепсельным разъемом.
Форсированный режим работы электродвигателя с удвоенной частотой вращения обеспечивает нерегулируемый резистор сопротивлением 0,3 Ом, который включают параллельно обмотке возбуждения электродвигателя.
