Вагон метро 81-720/721 «Яуза»

В 1993 году на московской станции метро «Полежаевская» был продемонстрирован экспериментальный состав нового типа «Яуза», состоявший из головных вагонов типа 81-720 и промежуточных типа 81-721. Этот состав с номерами вагонов 001—002-003-004-005 был итогом долгой работы коллектива Мытищинского машиностроительного завода. Состав был собран в 1990—1991 годах, а проектирование этих вагонов началось ещё раньше, в 1987 году.

Технические характеристики

• Конфигурация — поезд из 8 моторных вагонов

• Конструктивная скорость — 100 км/час

• Число и номинальная мощность тяговых двигателей — 4× 115 кВт

• Вместимость вагона при плотности 10 чел./м² — 330/350 чел.

• Число мест для сидения — 40/40

• Длина вагона — 20/19,21 м

• Ширина вагона — 2,7 м

• Начальное ускорение до 28 км/ч при максимальной нагрузке — 1,3 м/сек²

• Максимальное замедление (электроторможение от 100 до 7 км/ч, электромеханическое от 7 до 0 км/ч) — 1,3 м/сек²

• Рекуперация энергии — имеется, но не используется на практике так как тяговые подстанции не переоборудованы для приема рекуперируемой энергии.

Тиристорно-импульсная система регулирования

ТИСУ без драйверов по схеме

Тиристорный преобразователь (инвертор), изображённый на рисунке, выполнен на шести запираемых тиристорах по схеме Ларионова. Тяговый двигатель типа ДАТЭ-170-4У2.

В 2003 г был разработан вагон метро «Русичь». Электропривод содержит:

Электровозы и электропоезда. Трехточечный инвертор

При работе магистрального подвижного состава от сети постоянного тока значительной проблемой становиться задача созданий трехфазного инвертора напряжения на значительные входные напряжения – до 4000В. Для этих целей используют трехточечные инверторы. (Рис.2).

При выборе алго­ритма управления ИН стараются уменьшить амплитуды высших гар­моник токов в двигателе, а также тока тяговой сети. Для трехуровневого инвертора возможны два алгоритма управления тиристорами.

- Первый алгоритм предусматривает разнофазное управление двумя последовательными тиристорами. Например, выключение тиристо­ров подсоединенных к катодной и анодной шинам инвертора, можно производить с опережением на угол β, от момента выключения тиристоров подсоединенных к фазным обмоткам двигателя. В этом случае при включении тиристора Т4 ток фазы проходит через тиристор Т3 и диод Д2. Далее через угол β выключается тиристор Т4 и ток фазы замыкается через диод Д3 и Д4. В результате получаем ступенчатую кривую линейного напряжения на тяговом двигателе. Подобная форма линейного напряжения позволяет существенно снизить амплитуду 3 и 9 гармоник при β = 10 эл.град.

- Второй алгоритм предусматривает синфазное управление тиристорами обычное для трехфазного инвертора. Нулевая шина здесь служит для выравнивания напряжений по последовательно соединенным тиристорам.

Реализация на транзисторах (Рис.3).

Рис 3

Сравнение транзисторов и тиристоров. Сравнение электрических и механических характеристик тяговых преобразователей электропоездов серий 423.1 (на запираемых тиристорах GTO) и 423.2 (на биполярных транзисторах IGBT) показывает, что масса силового блока на транзисторах IGBT составляет 35 % массы такого же блока на GTO. При этом оба блока содержат одинаковое число конденсаторов промежуточного звена, поскольку переход от GTO к IGBT не требует увеличения емкости этого звена.. Общая масса преобразователя на IGBT на 20 % меньше, чем преобразователя на GTO, несмотря на то что первый включает в себя конденсаторы промежуточного звена, а во втором их нет, поскольку они смонтированы отдельно.

Сравнение модификаций тяговых преобразователей электропоезда серии 423
Характеристика	423.1 (GTO)	423.2 (IGBT)
Электрические характеристики
Мощность на ободе колеса в расчете на один SRBG, МВт	1,2
Максимальный выходной ток, А	750	700
Минимальное время включения, мкс	80	16
То же, выключения, мкс	180	10
тактовая частота 4QS, Гц	184 500
Потери при номинальной нагрузке, кВт	28	16
Механические характеристики блока SRBG
Длина, м	1,29	0,9
Высота, м	0,55	0,41
Ширина, м	0,54	0,48
Объем, дм3	383	177
Масса, кг	1120	880

Анализируя данные, приведенные в табл. 1, можно сделать следующие выводы об экономических преимуществах техники IGBT:

• более короткое минимальное время переключения делает возможным более быстрое отключение;

• более высокая тактовая частота снижает содержание гармоник в кривой тока;

• более низкие потери способствуют меньшим затратам на охлаждение и повышению КПД.

Как видно из приведенных данных, тяговый преобразователь на транзисторах IGBT может заменить преобразователь на запираемых тиристорах в любом из случаев применения. Благодаря низким потерям, особенно в режиме низких нагрузок, он значительно экономит затраты энергии на тягу. Повышенная тактовая частота позволяет использовать более компактное тяговое оборудование.