1. РЕСПУБЛИКА КАЗАХСТАН
(19) KZ (13) A4 (11) 29826
(51) B61C 3/00 (2006.01)
МИНИСТЕРСТВО ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ
(21) 2013/1690.1
(22) 26.12.2013
(45) 15.05.2015, бюл. №5
(72) КАРЫЙ Михаил Александрович (UA);
ПИЧУГИН Андрей Владиславович (RU);
ПРОХОРЕНКО Николай Васильевич (RU);
ЧЕХУРА Йозеф (CZ)
(73) МАЛТЕНБУРГ ИНДАСТРИЗ ЛИМИТЕД (CY)
(74) Русакова Нина Васильевна; Жукова Галина
Алексеевна; Ляджин Владимир Алексеевич;
Иванова Антонина Сергеевна; Ляджин Алексей
Владимирович
(56) Агрегат тяговый переменного тока без
автономного питания типа ОПЭАМ, Руководство по
эксплуатации ЗТП.003.070-01 РЭ1, 2004.
(54) ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СИСТЕМА
ТЯГОВОГО АГРЕГАТА И СПОСОБ
МОДЕРНИЗАЦИИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ
СИСТЕМЫ ТЯГОВОГО АГРЕГАТА
(57) Изобретение относится к транспортному
машиностроению, в частности, к машиностроению
железнодорожного транспорта.
Задачей изобретения является
усовершенствование электрической системы
тягового агрегата с целью уменьшения затрат
электрической энергии при движении тягового
агрегата и повышения эффективности эксплуатации
тягового агрегата
Электрическая система тягового агрегата после
модернизации содержит тяговый трансформатор,
тяговые двигатели, блок аккумуляторных батарей,
первый выпрямительно-стабилизаторный блок,
второй выпрямительно-стабилизаторный блок,
первую группу тяговых преобразовательно-
регулирующих блоков, вторую группу тяговых
преобразовательно-регулирующих блоков, первый
блок питания вспомогательного оборудования,
второй блок питания вспомогательного
оборудования, по крайней мере один инверторный
блок питания и управления электродвигателем во
вспомогательном оборудовании, по крайней мере
один инверторный блок питания для
электроприборов, блок питания аккумуляторных
батарей.
Модернизация электрической системы тягового
агрегата, и в частности, выполнение цепи питания
тяговых двигателей, состоящей из выпрямительно-
стабилизаторного блока и тягового
преобразовательно-регулирующего блока позволяет
точно регулировать силу тяги и обороты тягового
двигателя, что приводит к повышение
эффективности работы тягового агрегата и
уменьшению расхода электроэнергии во время
движения поезда.
(19)KZ(13)A4(11)29826

2. 29826
2
Изобретение относится к транспортному
машиностроению, в частности, к машиностроению
железнодорожного транспорта.
В открытых горных разработках, в которых
используется железнодорожный транспорт,
железнодорожные пути могут иметь большие
подъемы (до 60 градусов). Для перемещения грузов
в таких горных разработках используются так
называемые тяговые агрегаты. Тяговые агрегаты это
двух- или трехсекционные локомотивы, состоящие
из электровоза управления и одного или двух
тяговых думпкаров (вагонов-самосвалов).
Электровоз управления и тяговые думпкары
оборудованы одинаковыми тяговыми двигателями.
Наличие в таких локомотивах тяговых думпкаров
позволяет увеличить в два-три раза сцепной вес
локомотивов, и соответственно, позволяет включать
в поезда большее количество груженых вагонов.
Известен тяговый агрегат типа ОПЭ1АМ,
который предназначен для эксплуатации на
железнодорожных путях открытых горных
разработках (смотреть «АГРЕГАТ ТЯГОВЫЙ
ПЕРЕМЕННОГО ТОКА БЕЗ АВТОНОМНОГО
ПИТАНИЯ ТИПА ОПЭ1АМ. Руководство по
эксплуатации ЗТП.003.070-01 РЭ1: Описание и
работа».-2004.), и состоит из электровоза
управления и двух тяговых думпкаров, причем
электровоз управления и тяговые думпкары имеют
по четыре тяговых двигателя, каждый из которых
приводит во вращение одну колесную пару.
Электрическая система тягового агрегата типа
ОПЭ1АМ содержит тяговый трансформатор,
включающего в себя одну первичную обмотку,
первую вторичную тяговую обмотку, вторую
вторичную тяговую обмотку, и третью вторичную
обмотку, тяговые двигатели, блок аккумуляторных
батарей, два выпрямительно- регулирующих блока с
переключателями, которые предназначены для
преобразования переменного тока с выхода
соответствующей вторичной тяговой обмотки в
постоянный ток, подаваемый на питание тяговых
двигателей и регулирования величины напряжения
этого постоянного тока, зарядное устройство
аккумуляторных батарей, которое преобразует
переменный ток с выхода третьей вторичной
обмотку тягового трансформатора в постоянный ток
напряжением 50 В, который подается на батарею
питания и на питание других электроприборов.
Недостатком известной электрической системы
тягового агрегата является так называемая
групповая схема питания тяговых двигателей, при
которой к одному выпрямительно-регулирующему
блоку с переключателями подключено шесть
тяговых двигателей - в случае необходимости
регулирования силы тяги осуществляется изменение
силы тяги сразу шести тяговых двигателей, что в
случае необходимости резкого уменьшения силы
тяги одного тягового двигателя (например, в случае
буксования или юза колес тягового агрегата)
приводит к значительному уменьшению силы тяги
всего тягового агрегата. Такой режим
регулирования работы тяговых двигателей приводит
к значительным затратам электроэнергии и
снижению эффективности эксплуатации тягового
агрегата.
Задачей изобретения является
усовершенствование электрической системы
тягового агрегата с целью уменьшения затрат
электрической энергии при движении тягового
агрегата и повышению эффективности эксплуатации
тягового агрегата, и способ усовершенствования
электрической системы тягового агрегата путём её
модернизации.
Первая задача решается электрической системой
тягового агрегата, причем тяговый агрегат состоит
из электровоза управления и по крайней мере
одного тягового думпкара, которая содержит
тяговый трансформатор, включающий в себя одну
первичную обмотку, первую вторичную тяговую
обмотку, вторую вторичную тяговую обмотку, и
необязательно третью вторичную обмотку, тяговые
двигатели, блок аккумуляторных батарей, первый
выпрямительно-стабилизаторный блок, второй
выпрямительно-стабилизаторный блок, первую
группу тяговых преобразовательно-регулирующих
блоков, включающую в себя по крайней мере два
тяговых преобразовательно-регулирующих блока,
вторую группу тяговых преобразовательно-
регулирующих блоков, включающую в себя по
крайней мере два тяговых преобразовательно-
регулирующих блока, причем каждый из тяговых
преобразовательно-регулирующих блоков имеет два
выхода и предназначен для подачи пульсирующего
постоянного тока на питание двух тяговых
двигателей, регулировки оборотов тяговых
двигателей путем изменения частоты и величины
напряжения пульсирующего постоянного тока, и
переключения режимов работы тяговых двигателей,
первый блок питания вспомогательного
оборудования, второй блок питания
вспомогательного оборудования, по крайней мере
один инверторный блок питания и управления
электродвигателем во вспомогательном
оборудовании, по крайней мере один инверторный
блок питания для электроприборов, который
выполнен таким, что имеет первый выход, который
предназначен для питания трехфазным переменным
током напряжением 380-400 В, имеет второй выход,
который предназначен для питания однофазным
переменным током напряжением 210-230 В, блок
питания аккумуляторных батарей, который
выполнен таким, что имеет первый выход, который
предназначен для питания блока аккумуляторных
батарей постоянным током напряжением 55-65 В,
имеет второй выход, который предназначен для
питания постоянным стабилизированным током
напряжением 50 В, и имеет третий выход, который
предназначен для питания постоянным током
напряжением 24 В, причем выход первой вторичной
тяговой обмотки связан со входом первого
выпрямительно-стабилизаторного блока, выход
второй вторичной тяговой обмотки связан со
входом второго выпрямительно- стабилизаторного
блока, выход первого выпрямительно-
стабилизаторного блока связан со входом каждого
тягового преобразовательно-регулирующего блока

3. 29826
3
из первой группы тяговых преобразовательно-
регулирующих блоков и со входом первого блока
питания вспомогательного оборудования, выход
второго выпрямительно-стабилизаторного блока
связан со входом каждого тягового
преобразовательно-регулирующего блока из второй
группы тяговых преобразовательно-регулирующих
блоков и со входом второго блока питания
вспомогательного оборудования, выходы каждого
из тяговых преобразовательно-регулирующих
блоков связаны со входами двух тяговых
двигателей, выходы первого блока питания
вспомогательного оборудования и второго блока
питания вспомогательного оборудования связаны
между собой и со входами инверторного блока
питания и управления электродвигателем во
вспомогательном оборудовании, инверторного
блока питания для электроприборов и блока
питания аккумуляторных батарей, первый выход
блока питания аккумуляторных батарей связан со
входом блока аккумуляторных батарей.
Кроме того, электрическая система тягового
агрегата может содержать микропроцессорный блок
управления, который управляет элементами
электрической по крайней мере один блок входного
фильтра, который предназначен для распределения
тока тяговых двигателей, вырабатываемого
тяговыми двигателями в режиме
электродинамического торможения, по крайней
мере один блок тормозных резисторов, причем
дополнительно вход каждого из тяговых двигателей
связан со входом блока входного фильтра, первый
выход блока входного фильтра связан со входом
первого блока питания вспомогательного
оборудования, второй выход блока входного
фильтра связан со входом блока тормозных
резисторов.
Кроме того, электрическая система тягового
агрегата может содержать микропроцессорный блок
управления, который управляет элеентами
электрической системы тягового агрегата, основную
цифровую шину CAN, дублирующую цифровую
шину CAN, пульт управления с органами
управления электронного типа, причем пульт
управления с органами управления электронного
типа связан линией передачи сигналов с
микропроцессорным блоком управления, основная
цифровая шина CAN и дублирующая цифровая
шина CAN связывает между собой первый
выпрямительно-стабилизаторный блок, второй
выпрямительно-стабилизаторный блок, каждый из
тяговых преобразовательно-регулирующих блоков,
первый блок питания вспомогательного
оборудования, второй блок питания
вспомогательного оборудования, инверторный блок
питания и управления электродвигателем во
вспомогательном оборудовании, инверторный блок
питания для электроприборов, блок питания
аккумуляторных батарей и микропроцессорный
блок управления.
Кроме того, электрическая система тягового
агрегата может содержать по крайней мере один
датчик вращения колеса тягового агрегата, который
связан с основной цифровой шиной CAN и
дублирующей цифровой шиной CAN,
микропроцессорный блок управления включает в
себя блок электронного скоростемера и блок
противодействия буксованию и юзу колес тягового
агрегата.
Кроме того, микропроцессорный блок
управления может быть выполнен таким, что
включает в себя блок диагностирования элементов
электрической системы тягового агрегата.
Кроме того, каждый из таких элементов
электрической системы тягового электровоза как
тяговый преобразовательно-регулирующий блок,
блок входного фильтра, блок питания
вспомогательного оборудования, инверторный блок
питания и управления электродвигателем во
вспомогательном оборудовании, инверторный блок
питания для электроприборов, может быть
выполнен таким, что включает в себя автономную
систему управления и диагностики.
Кроме того, тяговый трансформатор, первый
выпрямительно-стабилизаторный блок, второй
выпрямительно-стабилизаторный блок, первый блок
питания вспомогательного оборудования, второй
блок питания вспомогательного оборудования и
инверторный блок питания и управления
электродвигателем в вспомогательном
оборудовании могут быть выполнены такими, что
при подаче на первичную обмотку переменного тока
напряжением 10000 В напряжение переменного тока
на выходах первой вторичной тяговой обмотки и
второй вторичной тяговой обмотки составляет
1900 В, напряжение пульсирующего постоянного
тока на выходах первого выпрямительно-
стабилизаторного блока и второго выпрямительно-
стабилизаторного блока составляет 1000 В,
напряжение постоянного тока на выходах первого
блока питания вспомогательного оборудования и
второго блока питания вспомогательного
оборудования является стабильным и составляет
600-625 В, напряжение трехфазного переменного
тока на выходах инверторного блока питания и
управления электродвигателем во вспомогательном
оборудовании является стабильным и составляет
380-400 В.
Кроме того, каждый из тяговых
преобразовательно-регулирующих блоков может
быть выполнен таким, что содержит два одинаковых
тяговых преобразователя, входы тяговых
преобразователей связаны со входом тягового
преобразовательно-регулирующего блока, выход
первого тягового преобразователя связан с первым
выходом тягового преобразовательно-
регулирующего блока, выход второго тягового
преобразователя связан со вторым выходом
тягового преобразовательно-регулирующего блока,
причем тяговые преобразователи выполнены
такими, что величина напряжения постоянного тока
на выходах тяговых преобразователей зависит
только от величины тяги, которая задаётся, и
является стабильной при подаче на вход тягового
преобразовательно-регулирующего блока
постоянного тока напряжением 1000-2000 В.

4. 29826
4
Кроме того, по крайней мере один из тяговых
преобразовательно-регулирующих блоков может
быть выполнен таким, что каждый из выходов
тягового преобразовательно-регулирующего блока
включает в себя выход для питания обмотки
возбуждения тягового двигателя и выход для
питания обмотки якоря тягового двигателя.
Кроме того, тяговый преобразовательно-
регулирующий блок может быть выполнен таким,
что может осуществлять питание тягового двигателя
в режиме последовательного возбуждения тягового
двигателя или в режиме параллельного возбуждения
тягового двигателя или в режиме независимого
возбуждения тягового двигателя.
Кроме того, блок входного фильтра может быть
выполнен таким, что способен рекуперировать
избыток электрической энергии, которая
вырабатывается тяговыми двигателями в режиме
электродинамического торможения и не
использована электрической системой тягового
агрегата, в контактную сеть железной дороги.
Вторая задача решается способом модернизации
электрической системы тягового агрегата,
состоящего из электровоза управления и по крайней
мере одного тягового думпкара, которая содержит
тяговый трансформатор, включающего в себя одну
первичную обмотку, первую вторичную тяговую
обмотку, вторую вторичную тяговую обмотку, и
третью вторичную обмотку, тяговые двигатели, два
выпрямительно-регулирующих блока с
переключателями, которые предназначены для
преобразования переменного тока с выхода
соответствующего вторичной тяговой обмотку в
постоянный ток, подаваемый на питание тяговых
двигателей, и регулирования величины напряжения
этого постоянного тока, блок аккумуляторных
батарей, зарядное устройство аккумуляторных
батарей, которое преобразует переменный ток с
выхода третьей вторичной обмотки тягового
трансформатора в постоянный ток напряжением
50 В, который подается на батарею питания и на
питание других электроприборов, который
заключается в том, что два выпрямительно-
регулирующих блока с переключателями заменяют
на первую группу тяговых преобразовательно-
регулирующих блоков, которая включает в себя по
крайней мере два тяговых преобразовательно-
регулирующих блока, и вторую группу тяговых
преобразовательно-регулирующих блоков, которая
включает в себя по крайней мере два тяговых
преобразовательно-регулирующих блока, причем
каждый из тяговых преобразовательно-
регулирующих блоков выполнен таким, что имеет
два выхода, и предназначен для подачи
пульсирующего постоянного тока на питание двух
тяговых двигателей, регулировки оборотов тяговых
двигателей путем изменения частоты и величины
напряжения пульсирующего постоянного тока, и
переключения режимов работы тяговых двигателей,
зарядное устройство аккумуляторных батарей
заменяют на блок питания аккумуляторных батарей,
который выполнен таким, что имеет первый выход,
который предназначен для питания блока
аккумуляторных батарей постоянным током
напряжением 55-65 В, имеет второй выход, который
предназначен для питания постоянным
стабилизированным током напряжением 50 В, и
имеет третий выход, который предназначен для
питания постоянным током напряжением 24 В,
добавляют такие элементы электрической системы
тягового агрегата как первый выпрямительно-
стабилизаторный блок, второй выпрямительно-
стабилизаторный блок, первый блок питания
вспомогательного оборудования, второй блок
питания вспомогательного оборудования, по
крайней мере один инверторный блок питания и
управления электродвигателем во вспомогательном
оборудовании, по крайней мере один инверторный
блок питания для электроприборов, который
выполнен таким, что имеет первый выход, который
предназначен для питания трехфазным переменным
током напряжением 380-400 В, имеет второй выход,
который предназначен для питания однофазным
переменным током напряжением 210-230 В, причем
элементы электрической системы тягового агрегата
связывают между собой таким образом, что выход
первой вторичной тяговой обмотки связан со
входом первого выпрямительно-стабилизаторного
блока, выход второй вторичной тяговой обмотки
связан со входом второго выпрямительно-
стабилизаторного блока, выход первого
выпрямительно-стабилизаторного блока связан со
входом каждого тягового преобразовательно-
регулирующего блока из первой группы тяговых
преобразовательно-регулирующих блоков и со
входом первого блока питания вспомогательного
оборудования, выход второго выпрямительно-
стабилизаторного блока связан со входом каждого
тягового преобразовательно-регулирующего блока
из второй группы тяговых преобразовательно-
регулирующих блоков и со входом второго блока
питания вспомогательного оборудования, выходы
каждого из тяговых преобразовательно-
регулируюших блоков связаны со входами двух
тяговых двигателей, выходы первого блока питания
вспомогательного оборудования и второго блока
питания вспомогательного оборудования связаны
между собой и со входами инверторного блока
питания и управления электродвигателем во
вспомогательном оборудовании, инверторного
блока питания для электроприборов и блока
питания аккумуляторных батарей, первый выход
блока питания аккумуляторных батарей связан со
входом блока аккумуляторных батарей.
Кроме того, способ модернизации электрической
системы тягового агрегата дополнительно может
включать такие действия как добавление в
электрическую систему тягового агрегата таких
элементов как по крайней мере одного блока
входного фильтра, который предназначен для
распределения электрического тока от тяговых
двигателей, который вырабатывается тяговыми
двигателями в режиме электродинамического
торможения, по крайней мере одного блока
тормозных резисторов, при этом дополнительно
вход каждого из тяговых двигателей связывают со

5. 29826
5
входом блока входного фильтра, первый выход
блока входного фильтра связывают со входом
первого блока питания вспомогательного
оборудования, второй выход блока входного
фильтра связывают со входом блока тормозных
резисторов.
Кроме того, способ модернизации электрической
системы тягового агрегата может дополнительно
включать такие действия как добавление в
электрическую систему тягового агрегата таких
элементов как микропроцессорный блок
управления, который управляет элементами
электрической системы тягового агрегата, основную
цифровую шину CAN, дублирующую цифровую
шину CAN, пульт управления с органами
управления электронного типа, причем пульт
управления с органами управления электронного
типа связан линией передачи сигналов с
микропроцессорным блоком управления, основная
цифровая шина CAN и дублирующая цифровая
шина CAN связывают между собой первый
выпрямительно-стабилизаторный блок, второй
выпрямительно-стабилизаторный блок, каждый из
тяговых преобразовательно-регулирующих блоков,
первый блок питания вспомогательного
оборудования, второй блок питания
вспомогательного оборудования, инверторный блок
питания и управления электродвигателем во
вспомогательном оборудовании, инверторный блок
питания для электроприборов, блок питания
аккумуляторных батарей и микропроцессорный
блок управления.
Кроме того, способ модернизации электрической
системы тягового агрегата может включать такие
действия как добавление по крайней мере одного
датчика вращения колеса тягового агрегата,
который связан с основной цифровой шиной CAN и
дублирующей цифровой шиной CAN.
Кроме того, микропроцессорный блок
управления, который добавляется в электрическую
систему тягового агрегата при её модернизации,
может быть выполнен таким, что включает в себя по
крайней мере один из таких блоков как:
- блок электронного скоростемера;
- блок противодействия буксованию и юзу колес
тягового агрегата;
- блок диагностирования элементов
электрической системы тягового агрегата.
Кроме того, каждый из таких добавляемых при
модернизации электрической системы тягового
агрегата элементов электрической системы тягового
электровоза как тяговый преобразовательно-
регулирующий блок, блок входного фильтра, блок
питания вспомогательного оборудования,
инверторный блок питания и управления
электродвигателем во вспомогательном
оборудовании, инверторный блок питания для
электроприборов, может быть выполнен таким, что
включает в себя автономную систему управления и
диагностики.
Кроме того, при модернизации электрической
системы тягового агрегата, такие элементы
электрической системы тягового агрегата как
тяговый трансформатор, первый выпрямительно-
стабилизаторный блок, второй выпрямительно-
стабилизаторный блок, первый блок питания
вспомогательного оборудования, второй блок
питания вспомогательного оборудования и
инверторный блок питания и управления
электродвигателем в вспомогательном
оборудовании могут быть выполнены такими, что
при подаче на первичную обмотку переменного тока
напряжением 10000 В напряжение переменного тока
на выходах первой вторичной тяговой обмотку и
второй вторичной тяговой обмотку составляет
1900 В, напряжение пульсирующего постоянного
тока на выходах первого выпрямительно-
стабилизаторного блока и второго выпрямительно-
стабилизаторного блока составляет 1000 В,
напряжение постоянного тока на выходах первого
блока питания вспомогательного оборудования и
второго блока питания вспомогательного
оборудования является стабильным и составляет
600-625 в, напряжение трехфазного переменного
тока на выходах инверторного блока питания и
управления электродвигателем во вспомогательном
оборудовании является стабильным и составляет
380-400 В.
Кроме того, каждый из тяговых
преобразовательно-регулирующих блоков,
добавляемых в электрическую систему тягового
агрегата при её модернизации, может быть
выполнен таким, что содержит два одинаковых
тяговых преобразователя, при этом входы тяговых
преобразователей связаны со входом тягового
преобразовательно-регулирующего блока, выход
первого тягового преобразователя связан с первым
выходом тягового преобразовательно-
регулирующего блока, выход второго тягового
преобразователя связан со вторым выходом
тягового преобразовательно-регулирующего блока,
причем тяговые преобразователи выполнены
такими, что величина напряжения постоянного тока
на выходах тяговых преобразователей зависит
только от величины тяги, которая задается, и
является стабильной при подаче на вход тягового
преобразовательно-регулирующего блока
постоянного тока напряжением 1000-2000 В.
Кроме того, по крайней мере один из тяговых
преобразовательно-регулирующих блоков,
добавляемых в электрическую систему тягового
агрегата при её модернизации, может быть
выполнен таким, что каждый из выходов тягового
преобразовательно - регулирующего блока включает
в себя выход для питания обмотки возбуждения
тягового двигателя и выход для питания обмотки
якоря тягового двигателя.
Кроме того, тяговый преобразовательно-
регулирующий блок, добавляемый в электрическую
систему тягового агрегата при её модернизации,
может быть выполнен таким, что может
осуществлять питание тягового двигателя в режиме
последовательного возбуждения тягового двигателя
или в режиме параллельного возбуждения тягового
двигателя или в режиме независимого возбуждения
тягового двигателя.

6. 29826
6
Кроме того, блок входного фильтра,
добавляемый в электрическую систему тягового
агрегата при её модернизации, может быть
выполнен таким, что способен рекуперировать
избыток электрической энергии, которая
вырабатывается тяговыми двигателями в режиме
электродинамического торможения и не
использована электрической системой тягового
агрегата, в контактную сеть железной дороги.
Кроме того, способ модернизации электрической
системы тягового агрегата может включать такие
действия как замена тягового трансформатора,
который включает в себя одну первичную обмотку,
первую вторичную тяговую обмотку, вторую
вторичную тяговую обмотку, и третью вторичную
обмотку, на тяговый трансформатор, который
включает в себя одну первичную обмотку, первую
вторичную тяговую обмотку и вторую вторичную
тяговую обмотку.
Возможные примеры выполнения изобретения
показаны далее с помощью схем электрической
системы тягового агрегата, изображенных на фиг.1
и фиг.2.
Фиг.1 - схема электрической системы тягового
агрегата по первому варианту выполнения.
Фиг.2 - схема электрической системы тягового
агрегата по второму варианту выполнения.
По первому основному варианту выполнения
изобретения (фиг.1) показана электрическая система
тягового агрегата, состоящего из электровоза
управления и одного тягового думпкара, после
модернизации электрической системы тягового
агрегата. Электровоз управления и тяговый думпкар
имеют по четыре тяговых двигателя, каждый из
которых приводит во вращение одну колесную пару.
Модернизации подвергается электрическая
системы тягового агрегата, которая содержит
тяговый трансформатор, включающего в себя одну
первичную обмотку, первую вторичную тяговую
обмотку, вторую вторичную тяговую обмотку, и
третью вторичную обмотку, тяговые двигатели, два
выпрямительно-регулирующих блока с
переключателями, которые предназначены для
преобразования переменного тока с выхода
соответствующего вторичной тяговой обмотку в
постоянный ток, подаваемый на питание тяговых
двигателей, и регулирования величины напряжения
этого постоянного тока, блок аккумуляторных
батарей, зарядное устройство аккумуляторных
батарей, которое преобразует переменный ток с
выхода третьей вторичной обмотки тягового
трансформатора в постоянный ток напряжением
50 В, который подается на батарею питания и на
питание других электроприборов.
Модернизация указанной электрической системы
тягового агрегата заключается в том, что два
выпрямительно-регулирующих блока с
переключателями заменяют на первую группу
тяговых преобразовательно-регулирующих блоков,
которая включает в себя по крайней мере два
тяговых преобразовательно-регулирующих блока, и
вторую группу тяговых преобразовательно-
регулирующих блоков, которая включает в себя по
крайней мере два тяговых преобразовательно-
регулирующих блока, причем каждый из тяговых
преобразовательно-регулирующих блоков выполнен
таким, что имеет два выхода, и предназначен для
подачи пульсирующего постоянного тока на
питание двух тяговых двигателей, регулировки
оборотов тяговых двигателей путем изменения
частоты и величины напряжения пульсирующего
постоянного тока, и переключения режимов работы
тяговых двигателей, зарядное устройство
аккумуляторных батарей заменяют на блок питания
аккумуляторных батарей, который выполнен таким,
что имеет первый выход, который предназначен для
питания блока аккумуляторных батарей постоянным
током напряжением 55-65 В, имеет второй выход,
который предназначен для питания постоянным
стабилизированным током напряжением 50 В, и
имеет третий выход, который предназначен для
питания постоянным током напряжением 24 В,
добавляют такие элементы электрической системы
тягового агрегата как первый выпрямительно-
стабилизаторный блок, второй выпрямительно-
стабилизаторный блок, первый блок питания
вспомогательного оборудования, второй блок
питания вспомогательного оборудования, по
крайней мере один инверторный блок питания и
управления электродвигателем во вспомогательном
оборудовании, по крайней мере один инверторный
блок питания для электроприборов, который
выполнен таким, что имеет первый выход, который
предназначен для питания трехфазным переменным
током напряжением 380-400 В, имеет второй выход,
который предназначен для питания однофазным
переменным током напряжением 210-230 В.
При модернизации указанной электрической
системы тягового агрегата, элементы электрической
системы тягового агрегата электрически связывают
между собой таким образом, что выход первой
вторичной тяговой обмотки связан со входом
первого выпрямительно-стабилизаторного блока,
выход второй вторичной тяговой обмотки связан со
входом второго выпрямительно-стабилизаторного
блока, выход первого выпрямительно-
стабилизаторного блока связан со входом каждого
тягового преобразовательно-регулирующего блока
из первой группы тяговых преобразовательно-
регулирующих блоков и со входом первого блока
питания вспомогательного оборудования, выход
второго выпрямительно-стабилизаторного блока
связан со входом каждого тягового
преобразовательно-регулирующего блока из второй
группы тяговых преобразовательно-регулирующих
блоков и со входом второго блока питания
вспомогательного оборудования, выходы каждого
из тяговых преобразовательно-регулирующих
блоков связаны со входами двух тяговых
двигателей, выходы первого блока питания
вспомогательного оборудования и второго блока
питания вспомогательного оборудования связаны
между собой и со входами инверторного блока
питания и управления электродвигателем во
вспомогательном оборудовании, инверторного
блока питания для электроприборов и блока

7. 29826
7
питания аккумуляторных батарей, первый выход
блока питания аккумуляторных батарей связан со
входом блока аккумуляторных батарей.
После модернизации электрическая система
тягового агрегата содержит тяговый трансформатор
(1), который включает в себя первичную обмотку
(2), первую вторичную тяговую обмотку (3), вторую
вторичную тяговую обмотку (4) и третью
вторичную обмотку (5), и новые элементы
электрической системы тягового агрегата, которые
будут описаны далее подробно. Как тяговый
трансформатор может быть использован тяговый
трансформатор, которым оборудуют тяговые
агрегаты типа ОПЭ1АМ или аналогичные тяговые
агрегаты - эти тяговые трансформаторы включают в
себя первичную обмотку, две вторичные тяговые
обмотки и третью вторичную обмотку. В тяговых
агрегатах типа ОПЭ1АМ третья вторичная обмотка
используется для питания переменным током
электрических устройств вспомогательного
оборудования, в частности, электродвигателей во
вспомогательном оборудовании (это может быть
электродвигатель компрессора, электродвигатель
вентилятора охлаждения тягового двигателя,
электродвигатель масляного насоса тягового
трансформатора и т.п.). В электрической системе
тягового агрегата по изобретению третья вторичная
обмотка не используется. Для специалиста понятно,
что как тяговый трансформатор также может быть
использован любой трансформатор, включающий в
себя первичную обмотку и только две вторичные
тяговые обмотки.
На первичную обмотку тягового трансформатора
подается переменный ток высокого напряжения.
Переменный ток с выхода первой вторичной
тяговой обмотки подается на вход первого
выпрямительно-стабилизаторного блока (6),
переменный ток с выхода второй вторичной тяговой
обмотки подается на вход второго выпрямительно-
стабилизаторного блока (7). Первый
выпрямительно-стабилизаторный блок и второй
выпрямительно-стабилизаторный блок
предназначены для преобразования переменного
тока с выхода двух вторичных тяговых обмоток в
пульсирующий постоянный ток со
стабилизированным напряжением.
Пульсирующий постоянный ток с выхода
первого выпрямительно-стабилизаторного блока
подается на входы тяговых преобразовательно-
регулирующих блоков (8) и (9), которые составляют
первую группу тяговых преобразовательно-
регулирующих блоков.
Пульсирующий постоянный ток с выхода
второго выпрямительно-стабилизаторного блока
подается на входы тяговых преобразовательно-
регулирующих блоков (10) и (11), которые
составляют вторую группу тяговых
преобразовательно-регулирующих блоков.
Каждый тяговый преобразовательно-
регулирующий блок имеет два выхода и
предназначен для подачи пульсирующего
постоянного тока на питание двух тяговых
двигателей, регулировки оборотов тяговых
двигателей путем изменения частоты и величины
напряжения пульсирующего постоянного тока, и
переключения режимов работы тяговых двигателей,
которые могут работать в двух режимах - в режиме
тяги и в режиме электродинамического торможения.
Каждая группа тяговых преобразовательно-
регулирующих блоков управляет работой одной
пары тяговых двигателей электровоза управления и
одной пары тяговых двигателей тягового думпкара.
Пульсирующий постоянный ток с выходов
тягового преобразовательно-регулирующего блока
(8) подается на входы первой пары тяговых
двигателей электровоза управления (12) и (13).
Пульсирующий постоянный ток с выходов тягового
преобразовательно-регулирующего блока (9)
подается на входы первой пары тяговых двигателей
тягового думпкара (14) и (15).
Пульсирующий постоянный ток с выходов
тягового преобразовательно-регулирующего блока
(10) подается на входы второй пары тяговых
двигателей электровоза управления (16) и (17).
Пульсирующий постоянный ток с выходов тягового
преобразовательно-регулирующего блока (11)
подается на входы второй пары тяговых двигателей
тягового думпкара (18) и (19).
В случае, когда тяговый агрегат будет состоять
из электровоза управления и двух тяговых
думпкаров, каждая группа тяговых
преобразовательно-регулирующих блоков будет
состоять из трех тяговых преобразовательно-
регулирующих блоков, которые будут управлять
работой одной пары тяговых двигателей
электровоза управления и двух пар тяговых
двигателей тяговых думпкаров.
Добавление в электрическую систему тягового
агрегата выпрямительно-стабилизаторных блоков и
тяговых преобразовательно-регулирующих блоков и
применение выпрямительно-стабилизаторного
блока и тяговых преобразовательно-регулирующих
блоков с указанными выше характеристиками,
позволяет стабилизировать и точно регулировать
параметры тока, который подается на питание
тяговых двигателей, что в свою очередь позволяет
точно регулировать силу тяги или силу
электродинамического торможения, которая
создается тяговым двигателем в зависимости от
режима работы, и одновременно точно регулировать
обороты тягового двигателя.
Выполнение такой схемы питания тяговых
двигателей, при которой каждый тяговый
преобразовательно-регулирующий блок управляет
работой двух тяговых двигателей, в случае
буксования или юза колес одной колесной пары или
двух рядом расположенных колесных пар позволяет
точно изменять силу тяги и обороты всего двух
тяговых двигателей без изменения силы тяги и
оборотов других тяговых двигателей. Все указанное
приводит к повышению эффективности работы
тягового агрегата и уменьшение расхода
электроэнергии во время движения поезда.
Как один из вариантов выполнения изобретения,
каждый из тяговых преобразовательно-
регулирующих блоков, добавляемых в

8. 29826
8
электрическую систему тягового агрегата при её
модернизации, может быть выполнен таким, что
содержит два одинаковых тяговых преобразователя,
причем входы тяговых преобразователей связаны со
входом тягового преобразовательно-регулирующего
блока, и выход первого тягового преобразователя
связан с первым выходом тягового
преобразовательно-регулирующего блока, выход
второго тягового преобразователя связан со вторым
выходом тягового преобразовательно-
регулирующего блока. Тяговые преобразователи
выполнены такими, что величина напряжения
постоянного тока на выходах тяговых
преобразователей зависит только от величины тяги,
которая задается, и является стабильной при подаче
на вход тягового преобразовательно-регулирующего
блока постоянного тока напряжением в пределах
1000-2000 В.
По одному из вариантов выполнения
изобретения, по крайней мере один из тяговых
преобразовательно-регулирующих блоков,
добавляемых в электрическую систему тягового
агрегата при её модернизации, может быть
выполнен таким, что каждый из выходов тягового
преобразовательно-регулирующего блока включает
в себя выход для питания обмотки возбуждения
тягового двигателя и выход для питания обмотки
якоря тягового двигателя, и может быть выполнен
таким, что может осуществлять питание тягового
двигателя в режиме последовательного возбуждения
тягового двигателя или в режиме параллельного
возбуждения тягового двигателя или в режиме
независимого возбуждения тягового двигателя.
Тяговый двигатель включает в себя обмотку
якоря тягового двигателя и обмотку возбуждения
тягового двигателя. Обмотка якоря тягового
двигателя и обмотка возбуждения тягового
двигателя имеют отдельные входы с двумя
контактами на каждом входе - таким образом вход
тягового двигателя включает в себя вход для
обмотки якоря тягового двигателя и вход обмотки
возбуждения тягового двигателя. В зависимости от
того, как эти обмотки взаимно подключены к
питанию, различают различные режимы
возбуждения тягового двигателя, в котором будет
работать тяговый двигатель - есть режим
последовательного возбуждения тягового двигателя,
есть режим параллельного возбуждения тягового
двигателя и есть режим независимого возбуждения
тягового двигателя. Эти режимы возбуждения
тягового двигателя описаны в литературе и
известны специалистам в данной области техники.
В режиме последовательного возбуждения
тягового двигателя обмотка якоря тягового
двигателя и обмотка возбуждения тягового
двигателя должны быть подключены
последовательно - для этого необходимо соединить
между собой один контакт выхода для питания
обмотки якоря тягового двигателя и один контакт
выхода для питания обмотки возбуждения тягового
двигателя. В режиме параллельного возбуждения
тягового двигателя обмотка якоря тягового
двигателя и обмотка возбуждения тягового
двигателя должны быть подключены к питанию
параллельно - для этого необходимо соединить
первый контакт выхода для питания обмотки якоря
тягового двигателя с первым контактом выхода для
питания обмотки возбуждения тягового двигателя, и
соединить второй контакт выхода для питания
обмотки якоря тягового двигателя со вторым
контактом выхода для питания обмотки
возбуждения тягового двигателя. В режиме
независимого возбуждения тягового двигателя
питание обмотки якоря тягового двигателя и
питание обмотки возбуждения тягового двигателя
должно осуществляться независимо - для этого на
обмотку возбуждения тягового двигателя и обмотку
якоря тягового двигателя подается два отдельных
питания.
Выполнение тягового преобразовательно-
регулирующего блока таким, что имеет выход для
питания обмотки возбуждения тягового двигателя и
выход для питания якоря тягового двигателя,
предусматривает, что :
- в случае необходимости эксплуатации тягового
двигателя в режиме последовательного возбуждения
тягового двигателя тяговый преобразовательно-
регулирующий блок будет соединять между собой
один контакт выхода для питания обмотки якоря
тягового двигателя и один контакт выхода для
питания обмотки возбуждения тягового двигателя;
- в случае необходимости эксплуатации тягового
двигателя в режиме параллельного возбуждения
тягового двигателя тяговый преобразовательно-
регулирующий блок будет соединять первый
контакт выхода для питания обмотки якоря тягового
двигателя с первым контактом выхода для питания
обмотки возбуждения тягового двигателя, и будет
соединять второй контакт выхода для питания
обмотки якоря тягового двигателя со вторым
контактом выхода для питания обмотки
возбуждения тягового двигателя;
- в случае необходимости эксплуатации тягового
двигателя в режиме независимого возбуждения
тягового двигателя тяговый преобразовательно-
регулирующий блок будет подавать два отдельных
питания на обмотку возбуждения тягового
двигателя и на обмотку якоря тягового двигателя.
При определенных фазах движения поезда
использование каждого из режимов возбуждения
тягового двигателя имеет определенные
преимущества и недостатки - эти преимущества и
недостатки описаны в литературе, поэтому в данном
описании они не приведены. Для одной из фаз
движения поезда целесообразно использовать один
режим возбуждения тягового двигателя, для другой
фазы движения поезда целесообразно использовать
другой режим возбуждения тягового двигателя.
Добавление в электрическую систему тягового
агрегата при её модернизации тягового
преобразовательно-регулирующего блока, который
выполнен таким, что имеет выход для питания
обмотки возбуждения тягового двигателя и выход
для питания обмотки якоря тягового двигателя,
позволяет осуществлять питание тягового двигателя
в режиме последовательного возбуждения тягового

9. 29826
9
двигателя или в режиме параллельного возбуждения
тягового двигателя или в режиме независимого
возбуждения тягового двигателя, и позволяет
выбирать тот режим возбуждения тягового
двигателя, который для данной фазы движения
поезда будет оптимальным.
По одному из вариантов выполнения
изобретения, электрическая система тягового
агрегата после модернизации может содержать по
крайней мере один блок входного фильтра, который
предназначен для распределения электрического
тока от тяговых двигателей, который
вырабатывается тяговыми двигателями в режиме
электродинамического торможения, и по крайней
мере один блок тормозных резисторов, при этом
вход каждого из тяговых двигателей связывают
дополнительно со входом блока входного фильтра,
первый выход блока входного фильтра связывают
со входом первого блока питания вспомогательного
оборудования, второй выход блока входного
фильтра связывают со входом блока тормозных
резисторов. Указанные соединения не являются
постоянными, они являются коммутируемыми - в
зависимости от режима, в котором работают
тяговые двигатели. Тяговые двигатели могут
работать в режиме тяги или в режиме
электродинамического торможения. Когда
необходимо, чтобы тяговые двигатели работали в
режиме тяги, то входы тяговых двигателей
соединяют с выходами тяговых преобразовательно-
регулирующих блоков, когда необходимо, чтобы
тяговые двигатели работали в режиме
электродинамического торможения то входы
тяговых двигателей соединяют со входом блока
входного фильтра.
Блок входного фильтра, добавляемый в
электрическую систему тягового агрегата при её
модернизации, предназначен для распределения
электрического тока от тяговых двигателей,
который вырабатывается тяговыми двигателями в
режиме электродинамического торможения, и
выполнен таким, что имеет первый выход и второй
выход. Первый выход блока входного фильтра
электрически связывают со входом первого блока
питания вспомогательного оборудования, второй
выход блока входного фильтра электрически
связывают со входом блока тормозных резисторов.
Электрический ток от тяговых двигателей,
который вырабатывается тяговыми двигателями в
режиме электродинамического торможения, из
входов тяговых двигателей поступает на вход блока
входного фильтра и подается на первый выход
входного фильтра, с которого поступает на вход
первого блока питания вспомогательного
оборудования. Так как входы блоков питания
вспомогательного оборудования и входы тяговых
преобразовательно-регулирующих блоков
соединены между собой, то в случае движения
тягового агрегата в режиме электродинамического
торможения тяговые двигатели соответственно
становятся источником электрической энергии,
необходимой для питания электрической системы
тягового агрегата.
Блок входного фильтра может быть выполнен
также таким, что способен рекуперировать избыток
электрической энергии, которая вырабатывается
тяговыми двигателями в режиме
электродинамического торможения и не
использована электрической системой тягового
агрегата, в контактную сеть железной дороги.
Поэтому при движении тягового агрегата в режиме
электродинамического торможения, возможны два
варианта использования электрического тока,
вырабатываемого тяговыми двигателями в режиме
электродинамического торможения.
По первому варианту использования
электрического тока, вырабатываемого тяговыми
двигателями в режиме электродинамического
торможения, электрическая система тягового
агрегата от контактной сети железной дороги
отключается, и питание электрической системы
тягового агрегата осуществляют электрическим
током от тяговых двигателей. В случае, когда
количество электрической энергии, вырабатываемой
тяговыми двигателями в режиме
электродинамического торможения, превышает
потребности электрической системы тягового
агрегата, избыток электрической энергии подается
на второй выход блока входного фильтра, из
которого электрический ток от тяговых двигателей
поступает на вход блока тормозных резисторов и
поглощается тормозными резисторами в блоке
тормозных резисторов.
По второму варианту использования
электрического тока, вырабатываемого тяговыми
двигателями в режиме электродинамического
торможения, питание электрической системы
тягового агрегата осуществляют электрическим
током от тяговых двигателей. В случае, когда
количество электрической энергии, вырабатываемой
тяговыми двигателями в режиме
электродинамического торможения, превышает
потребности электрической системы тягового
агрегата, избыток электроэнергии рекуперируется
путем её подачи в контактную сеть железной
дороги.
Добавление в электрическую систему тягового
агрегата блока входного фильтра с указанными
характеристиками и применение этого блока
входного фильтра позволяет осуществить
рекуперацию электроэнергии во время движения
тягового агрегата режиме электродинамического
торможения и уменьшить расходы электроэнергии в
контактной сети железной дороги.
В модернизированной электрической системе
тягового агрегата пульсирующий постоянный ток с
выхода первого выпрямительно-стабилизаторного
блока также подается на вход первого блока
питания вспомогательного оборудования (20),
пульсирующий постоянный ток с выхода второго
выпрямительно-стабилизаторного блока также
подается на вход второго блока питания
вспомогательного оборудования (21). Выходы
первого блока питания вспомогательного
оборудования и второго блока питания
вспомогательного оборудования связаны между

10. 29826
10
собой. Первый блок питания вспомогательного
оборудования и второй блок питания
вспомогательного оборудования предназначены для
понижения напряжения постоянного тока и
создания единой линии питания электрических
устройств вспомогательного оборудования, к
которым, в частности, относятся такие
электрические устройства и электрические приборы
как электродвигатели, аккумуляторные батареи,
электроприборы освещения и обогрева,
электронные устройства радиосвязи и навигации, и
т.п.
Модернизированная электрическая система
тягового агрегата содержит такой элемент как блок
аккумуляторных батарей (22), который является
резервным источником питания электронных
устройств и дает в случае необходимости
постоянный ток напряжением 48-50 В. Вход блока
аккумуляторных батарей связан с первым выходом
блока питания аккумуляторных батарей (23). Блок
питания аккумуляторных батарей, добавляемый в
электрическую систему тягового агрегата при её
модернизации, выполнен таким, что имеет первый
выход, который предназначен для питания блока
аккумуляторных батарей постоянным током
напряжением 55-65 В, имеет второй выход (24),
который предназначен для питания постоянным
стабилизированным током напряжением 50 В, и
имеет третий выход (25), который предназначен для
питания постоянным током напряжением 24 В.
Тяговый агрегат оснащен различными
электронными устройствами и электрическими
устройствами, для работы которых необходимо
питание постоянным током напряжением 50 В или
напряжением 24 В. Для тягового агрегата типа
ОПЭ1АМ питание блока аккумуляторных батарей и
электронных устройств осуществлялось постоянным
током напряжением 50 В. Такое напряжение
постоянного тока на входе в блок аккумуляторных
батарей недостаточно для поддержания
аккумуляторных батарей в заряженном состоянии,
что приводило к уменьшению срока эксплуатации
аккумуляторных батарей. Подача на питание блока
аккумуляторных батарей постоянного тока
напряжением 55-65 В повышает срок эксплуатации
аккумуляторных батарей. Выполнение блока
питания аккумуляторных батарей с двумя
отдельными выходами, которые дают постоянный
стабилизированный ток напряжением 50 В и
напряжением 24 В, позволяет при необходимости
оснащать тяговый агрегат любыми
специализированными для железнодорожной
техники электронными устройствами и
электрическими устройствами, независимо от того,
какое напряжение необходимо для питания
указанных устройств.
Тяговые агрегаты оборудованы
вспомогательным оборудованием, которое
обеспечивает надлежащую работу тягового агрегата
и основных элементов электрической системы
тягового агрегата - например, тяговый агрегат
может быть оборудован компрессором для создания
сжатого воздуха, вентиляторами охлаждения
тяговых двигателей, масляных насосом охлаждения
тягового трансформатор и т.п. Указанное
вспомогательное оборудование содержит такие
электрические устройства как электродвигатели.
Электрическая система тягового агрегата, после её
модернизации, содержит инверторный блок питания
и управления электродвигателем во
вспомогательном оборудовании (26), который
преобразует постоянный ток с выходов первого
блока питания вспомогательного оборудования и
второго блока питания вспомогательного
оборудования в трехфазный переменный ток
напряжением 380-400 В, который подается на
питание электродвигателя вспомогательного
оборудования. Для специалиста понятно, что
электрическая система тягового агрегата может
содержать столько инверторных блоков питания и
управления электродвигателем во вспомогательном
оборудовании, сколько электродвигателей
используется во вспомогательном оборудовании.
Для питания бытовых электроприборов, которые
могут применяться в кабине тягового агрегата
(например, кондиционера, электрического
обогревателя, светильника и т.п.), в электрическую
систему тягового агрегата в процессе модернизации
добавляют инверторный блок питания для
электроприборов (27), который выполнен таким, что
имеет первый выход (28), который предназначен для
питания трехфазным переменным током
напряжением 380-400 В, и имеет второй выход (29),
который предназначен для питания однофазным
переменным током напряжением 210-230 В.
По одному из вариантов выполнения
изобретения, тяговый трансформатор, первый
выпрямительно-стабилизаторный блок, второй
выпрямительно-стабилизаторный блок, первый блок
питания вспомогательного оборудования, второй
блок питания вспомогательного оборудования и
инверторный блок питания и управления
электродвигателем в вспомогательном
оборудовании могут быть выполнены такими, что
при подаче на первичную обмотку переменного тока
напряжением 10000 В напряжение переменного тока
на выходах первой вторичной тяговой обмотки и
второй вторичной тяговой обмотки составляет
1900 В, напряжение пульсирующего постоянного
тока на выходах первого выпрямительно-
стабилизаторного блока и второго выпрямительно-
стабилизаторного блока составляет 1000 В,
напряжение постоянного тока на выходах первого
блока питания вспомогательного оборудования и
второго блока питания вспомогательного
оборудования является стабильным и составляет
600-625 В, напряжение трехфазного переменного
тока на выходах инверторного блока питания и
управления электродвигателем во вспомогательном
оборудовании является стабильным и составляет
380-400 В. Такое выполнение первого блока
питания вспомогательного оборудования и второго
блока питания вспомогательного оборудования
позволяет создать общую шину питания
вспомогательного оборудования со
стабилизированным напряжением постоянного тока