Popis vozila

Основой модернизации электровозов ВЛ80Т(С) является оборудование их системой рекуперативного электрического торможения с использованием выпрямительно-инверторных преобразователей ВИП4000М производства ОАО «Электровыпрямитель», г. Саранск. Преобразователи ВИП-4000М были ранее установлены на электровозах ВЛ85 № 134, 252, 253, и успешно прошли опытную эксплуатацию. Управляют данными преобразователями микропроцессорные системы (МКС) как в режимах тяги, так и рекуперативного торможения. При этом они обеспечивают поддержание заданных машинистом значений силы тяги и ограничений скорости. С помощью МКС электровоз защищён от боксования и юза.
Затраты на модернизацию составляли 50—70 % стоимости нового локомотива с этими параметрами. Электровозы ВЛ80Т, ВЛ80С получали вторую жизнь, а локомотивные службы дорог — резкое снижение затрат на грузоперевозки, улучшение условий труда локомотивных бригад. Малые сроки окупаемости затрат поставили проведение МЛП в число первоочередных работ. Основной экономический эффект от модернизации электровоза на базе отработавших свой срок ВЛ80Т и ВЛ80С получен от внедрения рекуперативного электрического торможения, усовершенствованной системы вентиляции и новой, экономичной системы вспомогательного электропривода.
На локомотивах сохранена конструкция тележек, их связи с кузовом. Люлечное подвешивание модернизировано, усилены также элементы тележек. Кузов модернизирован применительно к вновь устанавливаемому оборудованию. Тяговый трансформатор ОДЦЭ-5000/25Б, тяговые двигатели НБ418К6, сглаживающие реакторы РС53 и другое сохраняемое силовое электрооборудование отремонтировано в объеме КР-2. При этом на тяговом трансформаторе введена специальная вторичную обмотку на напряжение 3 кВ, чтобы отапливать пассажирские вагоны. Другим нововведением, обеспечивающим существенное снижение затрат электроэнергии, является регулируемая система питания двигателей привода вентиляторов, аналогичная примененной на электровозе ЭП1.
При создании этого, практически нового, локомотива широко использован опыт, накопленный при постройке электровозов ВЛ85, ВЛ65, ЭП1.

Модернизация тяговых двигателей заключается в переделке якоря и замене изоляции обмоток на современную при сохранении установочных и присоединительных размеров, а также параметров в часовом и продолжительном режимах. Расход охлаждающего воздуха на тяговые двигатели снижен до 70 м³/мин вместо 105 м³/мин до модернизации. Улучшение системы вентиляции обеспечило значительное снижение мощности, расходуемой на вентиляцию. При часовом режиме эта мощность составит около 2,5 % от номинальной.

Основные технические параметры электровоза:
номинальное напряжение питания — 25 кВ, 50 Гц;
формула ходовой части — 2(20 — 20);
нагрузка на ось — (23,5 ± 0,5) тс;
мощность часового режима — 5300 кВт;
сила тяги часового режима — около 47 тс;
конструкционная скорость — 110 км/ч.
Тормозные усилия, развиваемые электровозом в режимах рекуперативного торможения, составят не менее 33 тс при скорости 50 км/ч и не менее 22,5 тс при скорости 80 км/ч.

Основные новые элементы в силовой электрической схеме привода — ВИП (U1 и U2). Как и на электровозах ВЛ80Р, ВЛ85, ВЛ65, ЭП1, они имеют четырехзонное регулирование.

Первая зона — глубокое фазовое регулирование напряжения на тяговых двигателях от нуля до 250 В, питание поступает соответственно от выводов тягового трансформатора 1 — 3 и 5 — 7.
На второй зоне регулирования происходит наложение напряжения с выводов тягового трансформатора 3 — 01 и 7 — 02 на ранее выпрямленное напряжение. Диапазон изменения выходного напряжения — от 250 до 500 В. После полной выборки второй зоны тяговая нагрузка переключается на обмотки а1 — х1 и а2 — х2. При переходе напряжение на выходах ВИП увеличивается на величину около 50 В.
На третьей зоне регулирования к напряжениям тяговых обмоток а1 — х1 и а2 — х2 плавно добавляется напряжение обмоток 1 — 3 и 5 — 7. Выпрямленные напряжения при этом растут с 570 до 820 В. На последней, четвертой, зоне также наложением напряжения обмоток 3 — 01 и 7 — 02 итоговая величина увеличивается до номинального 950 В.
В режимах тяги двигатели работают с последовательным возбуждением, как и на всех электровозах. Однако при переходе в режим рекуперации они переключаются на генераторный режим с независимым возбуждением.

Схема цепи возбуждения в значительной мере подобна применяемой на электровозах с реостатным торможением ВЛ80Т, ВЛ80С. Отличие в том, что двухполупериодные возбудители тяговых двигателей U3 установлены на каждой секции электровоза, обеспечивая питание обмоток возбуждения лишь четырех машин. При этом исключаются межсекционные силовые провода. В то же время малая нагрузка возбудителя, около 0,05 Ом, потребовала применить схему с нулевым диодом типа ВУВ-53.

Использование тяговой обмотки трансформатора для питания возбудителя привело к некоторой неравномерности нагрузки на секции тягового трансформатора. Однако это не сказывается на его надежности, так как все обмотки охлаждаются единым потоком масла. Неравномерность нагрева обмоток не превышает 2 — 3°С.

Номинальное напряжение между выводами 02 — 8 и 8 — 7, к которым подключен возбудитель, равно 145 В. Выпрямленное напряжение при полностью открытых тиристорах около 130 В. В то же время при часовом токе возбуждения необходимо напряжение 48 В, что значительно меньше указанного. Внесение изменений в параметры тягового трансформатора при проведении КВР весьма сложно. Этим обусловлено использование возбудителя с нулевым диодом. При номинальном токе возбуждения в режиме рекуперации токи тиристорных плеч равны примерно 200 А, диодного — 550 А. Пульсации тока возбуждения не превышают 10 %.

Другим нововведением, обеспечивающим существенное снижение затрат электроэнергии, является регулируемая система питания двигателей привода вентиляторов, аналогичная примененной на электровозе ЭП1 (см. «Локомотив» № 6, 1998 г.). Принцип регулирования — двухступенчатый.

Если температура окружающего воздуха около +20°С, а ток тяговых двигателей превышает 500 А, то двигатели привода вентиляторов МВ1 и МВ2 получают питание частотой 50 Гц. Мощность, расходуемая на вентиляцию всего локомотива в этом режиме, около 150 кВт. Если ток тяговых двигателей меньше 500 А, то к мотор-вентиляторам подводится питание частотой 162/з Гц через непосредственный преобразователь частоты и числа фаз. Количество охлаждающего воздуха снижается в 3 раза, однако мощность, расходуемая на вентиляцию, уменьшается до 10 — 12 кВт. Превышение температуры меди тяговых двигателей НБ418К над окружающим воздухом при токе 500 А в этом случае составляет не более 80°С.

В случае снижения температуры окружающего воздуха установка тока переключения возрастает и при температуре -40°С составит около 700 А, т.е. в зимнее время почти непрерывно будет поддерживаться пониженная производительность вентиляторов. В свою очередь, это снижает количество влаги на тяговом электрооборудовании, перепады температуры изоляции и др.

С учетом опыта эксплуатации электровоза ВЛ85 № 114, на котором в 1989 г. был установлен первый вариант такой системы привода, ожидается, что не менее 70 % времени эксплуатации модернизированный локомотив с грузовыми составами будет работать при пониженной производительности вентиляторов, обеспечивая экономию не менее 10 % от энергии, расходуемой на тягу (по сравнению с ВЛ80С и ВЛ80Т). В случае работы столь мощного электровоза с пассажирскими составами переход на питание частотой 50 Гц маловероятен.

В качестве вспомогательных машин для привода вентиляторов и компрессоров использованы двигатели НВА-55 производства НЭВЗ, аналогичные по своим параметрам двигателю АНЭ2251-4УХЛ2 производства ВЭМЗ. Большая партия двигателей НВА-55 успешно прошла эксплуатационные испытания на электровозах ВЛ65.
В электрической схеме привода отсутствует расщепитель фаз, что дополнительно снижает шум в кабине машиниста, повышает энергетические параметры электровоза в целом. При работе мотор-вентилятора на частоте тока 162/з Гц их практически не слышно в кабине машиниста.

Чтобы обеспечить качественный пуск первой машины с частотой 50 Гц, на период переходного процесса включаются контакторы КМ1 и КМ2, увеличивающие пусковую емкость. После окончания пуска, о чем свидетельствует резкий рост напряжения между фазами С2 и СЗ, срабатывает реле А1, которое отключает избыток емкости. Конденсаторы С1 и С2 являются пусковыми для всех машин и рабочими для МВ1 и МВ2 соответственно, СЗ и С4 — рабочие емкости мотор-компрессора и МВЗ. Переключение МВЗ на пониженную частоту не предусматривается, так как он работает лишь в режиме рекуперации.

Микропроцессорная система управления тягой и торможением получает информацию о токах всех тяговых двигателей и в цепях возбуждения. Помимо управления ВИПом, МКС выдает кодовый сигнал в ПЧЧФ-120 о величине тока наиболее нагруженного тягового двигателя. ПЧЧФ-120 реализует заданный алгоритм управления мотор-вентиляторами и маслонасосом.

Кроме перечисленного, электровозы оборудованы следующими системами обеспечения безопасности движения: электропневматическим тормозом (ЭПТ) для работы с пассажирскими составами, комплексным локомотивным устройством безопасности (КЛУБ), системой автоматического управления торможением поезда (САУТ-Ц), электронным скоростемером (КПД-3), телемеханической системой контроля бодрствования машиниста (ТСКБМ).