2ЭС5 (электровоз)

Электровоз 2ЭС5 — магистральный грузовой электровоз переменного тока 5 поколения, разрабатываемый совместно Трансмашхолдингом и французской компанией Alstom для ОАО «Российские железные дороги».

Основные сведения

Локомотив создается как один из элементов нового семейства российских электровозов, построенных по принципу единой базовой платформы. Унификация узлов и элементов с головным проектом — двухсистемным пассажирским электровозом ЭП20 запланирована на уровне 75 %.

Электровоз оборудован системой защиты колесных пар от юза с поосным растормаживанием в случае появления юза при торможении фрикционным тормозом.

Особенностью электровозов нового поколения 2ЭС5 является наличие в их составе системы управления, обеспечивающей не только расширенную диагностику бортовых систем и аппаратов, но и оперативную передачу диагностической информации с борта локомотива в депо по каналам цифровой радиосвязи и GPRS. Кроме того, принципиально новым является применение системы автоведения грузового поезда с использованием средств спутниковой навигации ГЛОНАСС и GPS для обеспечения безопасных и энергорациональных режимов движения поездов.

Срок службы электровоза — не менее 40 лет.

Меморандум о создании 2ЭС5 подписан производителями и ОАО «РЖД» 21 сентября 2010 года. В апреле 2011 года создан макетный образец. Производство должно быть развернуто на Новочеркасском электровозостроительном заводе[1](по согласованию с ОАО «Российские железные дороги» электровоз 2ЭС5 получил название «Скиф»).

Конструкция

Предусмотрена возможность соединения по цепям управления двух электровозов (2ЭС5+2ЭС5) или трёх секций и синхронного управления ими из головной секции, предусмотрена работа электровоза в голове, середине и конце состава.

Предусмотрена возможность соединения силовых цепей 25 кВ на крыше электровоза при работе электровоза в составе трёх секций.

Компоновка оборудования в кузове электровоза выполнена с центральным проходом по кузову и между кабинами.

Конструкцией электровоза, его электрической схемой, предусмотрена возможность управления электровозом машинистом без помощника («в одно лицо»).

Расчетный (средний за срок службы) среднегодовой пробег электровоза 225 тыс. км.

Максимальное тяговое усилие при трогании с места — 833 кН.

Максимальная сила тяги при 120 км/ч — 247 кН.

Максимальное тормозное усилие — 500 кН.

Силовые преобразователи, выполненные на ключах IGBT, обеспечивают возможность эффективно управлять частотой и амплитудой трехфазного напряжения, подаваемого на тяговые шестиполюсные асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором. В режиме рекуперативного торможения электронная система управления снижает базовую частоту трехфазного инвертора до значений меньших частоты ротора, соответствующей скорости движения, и энергия отдается в контактную сеть.

Мощность, количество и схема соединений статических вспомогательных преобразователей обеспечивают сохранение работоспособности всех тяговых двигателей электровоза в случае выхода из строя одного из каналов вспомогательного преобразователя.

Конструкцией преобразователя обеспечено резервирование питания вспомогательных машин. Диагностика устройств электрооборудования обеспечивает следующие функции:

1. выявление недопустимых режимов работы электрооборудования;
2. регистрацию недопустимых и опасных событий и сохранение параметров электрических процессов в энергонезависимой памяти для возможности дальнейшего анализа аварийных ситуаций ремонтным персоналом и определения причин их возникновения;
3. передачу информации в систему управления электровозом.

Наиболее важные устройства имеют датчики для контроля состояния или встроенную систему диагностики:

тяговый и вспомогательный преобразователи;

тяговый трансформатор;

токоприемник;

главный выключатель;

отдельные коммутационные аппараты;

аккумуляторы и устройства заряда.

В течение всего срока службы средствами бортовых систем обеспечивается автоматическое измерение и учет фактического пробега электровоза и наработки основного оборудования от начала эксплуатации, а также надежное сохранение измерений в энергонезависимой памяти локомотива.

Электровоз 2ЭС5 оборудован системой управления электровозом по радиоканалу при подталкивании состава на крутых подъемах и системой автоматизированного управления двумя и более электровозами по радиоканалу при вождении нескольких соединённых поездов с распределённой тягой.

Машинисту предоставлена возможность видеонаблюдения из кабины за оборудованием, неисправное, или предаварийное состояние которого может быть выявлено визуально.

Машинисту на дисплее, установленном в кабине, предоставляется полная информация о характере неисправности, с рекомендациями по порядку действий и о накладываемых эксплуатационных и функциональных ограничениях.

Система управления осуществляет постоянный мониторинг работоспособности оборудования электровоза и предупреждает появление опасных ситуаций (возможный перегрев оборудования, некорректные переключения, отключение приборов безопасности и т. п.).

Принципиально новыми в конструкции электровоза 2ЭС5 являются следующие технические решения:

бесконтактный контроллер машиниста;

кран машиниста с дистанционным управлением;

кран вспомогательного прямодействующего тормоза с дистанционным управлением;

безмасляная компрессорная установка;

механическая система блокирования высоковольтного оборудования;

блок питания низковольтных цепей управления;

комплексная система обеспечения безопасности движения электровоза — «безопасный локомотивный объединённый комплекс»;

безбандажные цельнокатаные колёса;

гладкостенная наружная конструкция кузова;

применение герметичных твёрдотельных реле в качестве коммутационной низковольтной аппаратуры;

применение светодиодных ламп в устройствах освещения электровоза;

применение технологии Ethernet для передачи данных диагностики.

применение технологии MVB для передачи данных тягового и вспомогательного оборудования

Тележка двухосная. тяговая передача 1-го класса

Тяговый привод с асинхронными тяговыми двигателями с индивидуальными инверторами напряжения (поосное регулирование)

Микропроцессорная система управления и диагностики

Безмасляные поршневые компрессоры с устройствами осушки и очистки воздуха

Система вентиляции — рассредоточенная с регулированием производительности

Модульная кабина управления с климат-контролем, соответствующая всем современным санитарным, эргономическим нормам и нормам безопасности

Энергопоглощающие аппараты, обеспечивающие безопасность локомотивной бригады при соударениях

Компоновка оборудования в кузове с центральным проходом вдоль оси электровоза

ТЯГОВАЯ СИСТЕМА

Основу тяговой системы каждой секции электровоза 2ЭС5 составляют тяговый трансформатор с четырьмя тяговыми обмотками, два тяговых преобразователя, каждый из которых имеет два независимых канала питания тяговых двигателей тележки. Схема тяговой системы электровоза представлена на рис. 1. Тяговый трансформатор содержит сетевую обмотку (СО), четыре тяговые обмотки Т01 — Т04 и обмотку фильтра (ФО), предназначенную для подавления радиопомех.

К выходу каждой тяговой обмотки подключен входной преобразователь — стабилизатор напряжения. К выходу входного преобразователя (звену постоянного напряжения) подключен инвертор напряжения для питания тягового двигателя М. К звену постоянного напряжения каналов преобразователей для питания второго и третьего тяговых двигателей подключены вспомогательные преобразователи ВП1 и ВП2. Элементная база преобразователя — силовые биполярные транзисторы с изолированным затвором (IGBT) с жидкостно-воздушной системой охлаждения.

К выходным зажимам каждого инвертора АИН подключены статорные обмотки одного из тяговых двигателей М. При переходе из тягового режима в режим рекуперативного торможения и при обратных переходах никаких переключений в силовой схеме не производится. Тяговые двигатели переводятся в генераторный режим путем понижения основной частоты напряжения относительно синхронной частоты, соответствующей данной скорости движения. При этом инверторы переходят в режим трехфазного выпрямителя.

При рекуперативном торможении сетевые преобразователи за счет изменения алгоритма управления переводятся в инверторный режим, и поток энергии из промежуточного контура направляется к тяговому трансформатору и далее в контактную сеть.

Защита силовых цепей преобразователя и тяговых электродвигателей от коротких замыканий, токов перегрузки и от замыканий на «землю» выполнена с помощью аппаратно-программных средств преобразователя, подчиняющихся системе управления, при срабатывании которых отключается ГВ QF1.