Каскадный переключатель скорости¶
Каскадный переключатель скорости (КПС, каскад) — устройство для управления тяговыми электродвигателями электропоезда, обеспечивающее ступенчатое изменение скорости путём переключения схемы соединения обмоток двигателей. Применяется на электропоездах переменного и постоянного тока, в том числе на подвижном составе железных дорог России и СНГ. Термин «каскад» происходит от способа последовательного переключения обмоток двигателя — «каскадирования» ступеней.
¶Принцип работы
Тяговый электродвигатель электропоезда имеет две (или более) обмотки, которые можно соединять между собой различными способами: последовательно, последовательно-параллельно, параллельно. Каждое соединение даёт собственную характеристику скорости и тягового усилия. КПС переключает эти схемы, создавая ступени хода. На электропоездах постоянного тока (ЭР2, ЭР9, Св, 81-717 и др.) каскад обеспечивает, как правило, две-три ступени на группу двигателей.
На электропоездах переменного тока (ЭД2Т, ЭД4Т, ЭР200) применяются асинхронные тяговые двигатели с фазным ротором; здесь каскад переключает обмотки ротора, изменяя сопротивление и скольжение. Такой каскад работает совместно с реостатным пуском и системой рекуперативного торможения.
¶Устройство
КПС представляет собой группу электропневматических переключателей (контакторов), закреплённых в кузове вагона или в отдельной камере. Основные элементы:
- Контакторы — коммутируют силовые цепи обмоток двигателей;
- Дугогасительные камеры — гасят электрическую дугу при размыкании цепей;
- Вспомогательные контакты — подают сигналы состояния в систему управления;
- Пневмопривод — приводит контакторы в действие сжатым воздухом.
Управление каскадом осуществляется из кабины машиниста посредством контроллера машиниста (КМ- или КТ-серии). Контроллер формирует комбинацию управляющих сигналов, которые через реле и промежуточные контакторы передаются на каскад.
¶Классификация
По типу коммутируемых цепей:
- КПС постоянного тока — переключает обмотки тяговых двигателей постоянного тока, работает на электропоездах постоянного тока.
- КПС переменного тока — переключает обмотки фазного ротора асинхронных двигателей.
- КПС с рекуперативным торможением — обеспечивает переход в режим рекуперации при спусках.
По способу управления:
- Пневматические — привод осуществляется сжатым воздухом (наиболее распространены);
- Электрические — с электромагнитными приводами (применяются реже).
¶Применение на подвижном составе
Каскады скорости применяются на широком спектре электропоездов:
| Серия | Тип тока | Особенности |
|---|---|---|
| ЭР2 | постоянный | КПС-250, две ступени |
| ЭР9 | постоянный | КПС-390А |
| Св | постоянный | КПС-250 |
| 81-717/714 | постоянный | КПС-250, метрополитен |
| ЭД2Т | переменный | КПС-330 |
| ЭД4Т | переменный | КПС-330 |
На метрополитенах Москвы, Санкт-Петербурга и других городов России каскады серии КПС-250 применяются на вагонах 81-717/714 с 1970-х годов и остаются в эксплуатации по сей день.
¶Ремонт и обслуживание
КПС относится к узлам, требующим регулярного технического обслуживания. Плановые осмотры проводятся в депо при каждом ТО-1, ТО-2 и ТО-3. Основные виды работ:
- Проверка и зачистка контактов;
- Замена дугогасительных камер;
- Контроль пневмосистемы и утечек;
- Измерение сопротивления силовых цепей;
- Ревизия изоляции.
Средний срок службы каскада при должном обслуживании составляет 8–12 лет. Неисправности КПС — одна из распространённых причин задержек движения электропоездов, поэтому на депо организовано их дежурное наличие.
¶Современное состояние
С развитием тиристорной и IGBT-тяговой техники каскадные переключатели постепенно вытесняются бесконтактными системами управления. На новых электропоездах «Ласточка» (ЭД4М) и «Сапсан» (Velaro RUS) применяется микропроцессорное управление тяговыми преобразователями без механических переключателей. Тем не менее парк электропоездов с КПС остаётся значительным, и производство запасных частей к каскадам продолжается на заводах России, в частности на «Электроаппаратуре» и предприятиях-правопреемниках.
¶Историческая справка
Первые каскадные переключатели появились в СССР в 1930-е годы на электропоездах Св. В послевоенные годы конструкция была унифицирована; в 1960-е разработаны КПС-250 и КПС-390, ставшие базовыми для всего парка электропоездов. КПС-330 для переменного тока внедрён с выпуском ЭД2Т в 1975 году.
¶Источники
- Тяговые электрические машины и аппараты: учебник для вузов ж.-д. транспорта
- Руководство по эксплуатации электропоездов ЭР2, ЭР9
- Технические описания КПС-250, КПС-330, КПС-390
- Железнодожный транспорт: энциклопедия