KnigaOmelyanenko

2.5. Поезда JR Central и JR West

Рис. 2.12. Токоприемник поезда серии 500

Рис. 2.13. Токоприемник поезда серии 700

31

Глава 2. Высокоскоростной транспорт Японии

мально допустимого 2400 В, что позволило уменьшить габариты тяговых двигателей.

В качестве элементной базы преобразователей взяты запираемые GTO-тиристоры, выполненные в виде герметизированных модулей. Включение в инверторное звено тиристоров обратной полярности позволило скомпоновать относительно простую схему. Сглаживающая цепь для уменьшения потерь, обусловленных высоким напряжением промежуточного звена, выполнена по схеме треугольника. В фильтрующей цепи применены маслонаполненные конденсаторы. В жидкостно-испарительной системе охлаждения использованы оребренные индивидуальные теплообменники. В качестве размыкателей применены вакуумные выключатели.

Перечисленные выше мероприятия позволили получить самый мощный тяговый привод — 18,24 МВт (у серии 300 — 12 МВт) при массе 68 т (у серии 300 — 74 т) и обеспечить скорость 300 км/ч (у серии 300 — 270 км/ч), но при существенно большем энергопотреблении — 0,0459 кВт∙÷/ïàññ∙км, против 0,0336 кВт∙÷/ïàññ∙км у поезда серии 300. Если еще учесть, что изготовление поезда серии 500 в 2002 году обошлось в 41 млн долларов США, то становится очевидной чересчур высокая плата за повышение скорости на этом уровне всего на 30 км/ч.

Следующим шагом в направлении получения оптимального соотношения цены и качества можно назвать созданные компаниями JR Central и JR West поезда серии 700 [18]. При мощности тягового привода 13,2 МВт он обеспечивает перевозку такого же, как и поезд серии 500, количества пассажиров со скоростью 285 км/ч с энергозатратами 0,037 кВт∙÷/ïàññ∙км при стоимости одного состава 33 млн долларов США.

Эти показатели удалось обеспечить за счет улучшения аэродинамических свойств, что позволило примерно на 15% снизить сопротивление движению при скорости порядка 250 км/ч. Как видно из ðèñ. 2.14, обтекатели носовых частей концевых вагонов имеют сложную «зоологическую» конфигурацию при длине 9,2 м. Они предотвращают появление турбулентности воздушного потока вдоль как

32

2.5. Поезда JR Central и JR West

головного, так и хвостового вагонов. Обтекатели подкузовного пространства закрывают не только подкузовное оборудование, но и крайние тележки концевых вагонов. Два однорычажных токоприемника (ðèñ. 2.13) также закрыты обтекателями сложной конфигурации.

Снизить массу электрооборудования и повысить эффективность его работы позволило использование в качестве элементной базы тяговых преобразователей биполярных транзисторов с изолированным затвором IGBT, рассчитанных на напряжение 2,5 кВ, ток 1 кА и тактовую частоту 1500 Гц (GTO-тиристоры допускали 4,5 кВ, 3 кА, 420 Гц). В итоге высокочастотная составляющая потерь в трансформаторе при использовании IGBT-транзисторов составила всего 4% от низкочастотной, в то время как для GTO-тиристоров этот показатель был 22–53% [19].

Поезд серии 700, как и поезд серии 500, формируется из 4-вагонных групп и может иметь 12- и 16-вагонное исполнение. Но

âотличие от поезда серии 500 в группу входят 3 моторных вагона и 1 прицепной. Конфигурация схемы электропривода аналогична приведенной на ðèñ. 2.11, но имеет только 3 звена (ðèñ. 2.15). На прицепном вагоне размещается вспомогательное оборудование, на одном из моторных вагонов располагается тяговый трансформатор, а на двух оставшихся моторных вагонах — тяговые преобразователи (на одном — два, на другом — один). Трансформатор мощностью 4160 кВА и массой 3100 кг питает через три вторичных обмотки напряжением 1220 В 4-квадрантные преобразователи с напряжением постоянного тока на выходе 2400 В. Подключенные к этому напряжению АИНы питают 3 группы соединенных параллельно по 4 асинхронных двигателей мощностью 275 кВт, 3010 об/мин, диаметром 458 мм, длиной 717 мм и массой 392 кг.

Плавность хода повышена за счет улучшения конструкции тележек и использования полуактивной системы гашения колебаний как

âцентральной системе рессорного подвешивания, так и между вагонами. Безшкворневая тележка выполнена с рамой Н-образной формы без концевых брусьев и подрессореных балок. В первой ступени рессорного подвешивания применены буксы-балансиры с цилиндрическими пружинами и гидравлическими гасителями колебаний.

33

Глава 2. Высокоскоростной транспорт Японии

Рис. 2.14. Поезд серии 700

Рис. 2.15. Принципиальная схема одного звена электропривода поезда серии 700

34

2.6. Поезда компании JR East

Пневморессоры имеют нелинейную характеристику. Центральная ступень рессорного подвешивания оснащена полуактивной системой гашения поперечных колебаний, что позволяет ей иметь изменяющиеся под воздействием сигналов микропроцессора амортизирующие характеристики. Для уменьшения продольных и поперечных колебаний вагонов на каждом конце кузовов смежных вагонов установлены по 2 продольных и 1 вертикальному межвагонному гидравлическому демпферу.

Для снижения уровня шума в пассажирских салонах кузова вагонов изготавливаются из алюминиевых ячеистых экструдированных профилей, заполненных звукоизолирующей мастикой. Между несущими панелями кузова и элементами внутренней обшивки также закладывается звукоизолирующая пена. Высокая тактовая частота IGBT-транзисторов снижает шум от двигателей и трансформаторов.

2.6. Поезда компании JR East

Поезд серии Е2 (рис. 2.16) разработан применительно к условиям эксплуатации на линии Нагано, на которой на протяжении 30 км имеются уклоны до 30‰. Его конструкционная скорость 315 км/ч, но в условиях регулярной эксплуатации по экономическим и экологическим соображениям она ограничена 275 км/ч [20].

Восьмивагонный поезд состоит из 2 концевых прицепных вагонов и 6 моторных, разбитых на 3 секции, каждая из которых оборудована автономным тяговым блоком. Конфигурация схемы электропривода аналогична принятой на поезде серии 300: трансформатор, имея 4 вторичных обмотки напряжением 1100 В, питает 2 преобразовательных агрегата, состоящих из 2 включенных параллельно 4-квадрантных преобразователей, вырабатывающих постоянный ток напряжением 2150…2600 В, и одного инвертора, нагрузкой которых являются две группы из 4 включенных параллельно асинхронных тяговых двигателей мощностью 300 кВт. Трансформатор и выпрямительная часть преобразователя располагаются на одном вагоне, а инверторная — на другом. Два включенных парал-

35

Глава 2. Высокоскоростной транспорт Японии

лельно 4-квадрантных преобразователя функционируют со сдвигом по фазе на 90° относительно вторичной обмотки трансформатора для подавления высших гармоник в сети питания. Между выпрямителями и инверторами включено промежуточное звено постоянного напряжения для уменьшения пульсаций тока. Поскольку линия Нагано пересекает границу между сетями электроснабжения с частотами 50 Гц и 60 Гц, оборудование должно быть двухсистемным.

Для обеспечения требуемых режимов движения максимальная ча- стота вращения роторов тяговых двигателей составляет 6120 об/мин при передаточном отношении тягового редуктора 1:3,04. Это обеспе- чивает ускорение при трогании на площадке 0,45 м/с2, установившуюся скорость на подъеме 3‰ 300 км/ч, в тоннеле на подъеме 30‰ — не ниже 170 км/ч. Поезд также может трогаться с места на подъеме 30‰ при одном отключенном тяговом блоке. Служебным тормозом является рекуперативный, с помощью которого на спуске 30‰ выдерживается скорость 210 км/ч. Пневматический тормоз может обеспечить остановку поезда на спуске 30‰ с начальной скорости 210 км/ч.

При создании кузовов особое внимание было уделено их герметичности, обеспечению сопротивляемости изгибным колебаниям и минимальному весу без снижения их прочности. Повышенная герметичность необходима для создания комфорта пассажирам, поскольку при крутых уклонах поезда совершают стремительные подъемы и спуски со значительным перепадом высот. Анализ вибраций кузова показал, что амплитуда колебаний (а значит и уровень излучаемого шума) уменьшается пропорционально изгибной жесткости конструкции. Поэтому для вагонов Е2 применена схема двухслойной оболочки кузова с использованием пола в качестве элемента жесткости. Наружная обшивка выполнена из листового алюминия толщиной 4,5 мм, а внутренняя оболочка – из крупноразмерных полых экструдированных алюминиевых профилей толщиной 3 мм. Стойки боковых стенок – коробчатые.

Обтекаемая форма носовой части, плавное изменение попереч- ного сечения кузова в переходе от носовой части к основной, гладкая поверхность кузова (отсутствие углублений у окон и дверей, закрытие межвагонного пространства эластичными кожухами) обе-

36

2.6. Поезда компании JR East

Рис. 2.16. Поезд серии Е2

Рис. 2.17. Тележка поезда серии Е2

37

Глава 2. Высокоскоростной транспорт Японии

спечивают низкий уровень аэродинамического шума и волн микродавления воздуха при входе-выходе поезда из тоннеля и встрече двух поездов.

В ходовой части использованы тележки DT206 с рамами Н-образной конструкции и колесной базой 2500 мм без подрессоренных балок (ðèñ. 2.17). Здесь применены поводковые буксы с односторонне установленными пружинными поводками по параллелограммной схеме, упругими элементами в виде витой пружины, залитой в резиновую оболочку, и гидравлическим гасителем колебаний. Применение колесных пар с полыми осями и колесами диаметром 860 мм, а также буксовых корпусных элементов из алюминиевых сплавов существенно уменьшило неподрессоренную массу.

Плавность хода обеспечена пневмоподвешиванием кузовов относительно тележек в сочетании с автоматической и полуавтомати- ческой системами подавления вибрации. Между кузовами вагонов установлены гидравлические амортизаторы.

Поезд серии Е3 (рис. 2.18) разработан для линии Акита и является развитием идей, заложенных в поезде серии 400. Он состоит из 5 вагонов: 4 моторных и 1 прицепного. Сварные кузова изготовлены из длинномерных экструдированных панелей из сплавов на основе алюминия. Тележки такие же, как и в поезде серии 400. Диски фрикционного тормоза на колесных парах моторных тележек установлены непосредственно на колесах, а на поддерживающих – на осях в виде двух двойных дисков с воздушным промежутком между ними.

Схема электропривода аналогична схеме привода поезда Е2, только рассчитана на работу от одной частоты 50 Гц, но от двух напряжений контактной сети 20 и 25 кВ.

На линии Тохоку поезда Е3 могут работать в сцепе с поездами Е2, а также с Е4, так что их концевые вагоны оборудованы автоматиче- скими сцепными устройствами Scharfenberg (ðèñ. 2.19).

Двухэтажный поезд серии Е1 (рис. 2.20) предназначен для обеспечения пассажиропотока линии Тохоку и Дзоэцу [13]. Дело в том, что в график движения по линии Тохоку включены 144 пары поездов в сутки, а по линии Дзоэцу – 148. Таким образом, по общему участку между Токио и Омия проходит 292 поезда в сутки.

38

2.6. Поезда компании JR East

Рис. 2.18. Поезд серии Е3

Рис. 2.19. Сцепное устройство Scharfenberg

39

Глава 2. Высокоскоростной транспорт Японии

Рис. 2.20. Поезд серии Е1

Рис. 2.21. Тележка поезда серии Е1

40