RU2195034C2 - Loading resistors module (alternatives) - Google Patents
Loading resistors module (alternatives) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2195034C2 RU2195034C2 RU2001103766/28A RU2001103766A RU2195034C2 RU 2195034 C2 RU2195034 C2 RU 2195034C2 RU 2001103766/28 A RU2001103766/28 A RU 2001103766/28A RU 2001103766 A RU2001103766 A RU 2001103766A RU 2195034 C2 RU2195034 C2 RU 2195034C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- heat sink
- electric heaters
- tubular electric
- electric
- heaters
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Resistance Heating (AREA)
Abstract
Description
Заявляемая группа изобретений относится к области конструирования нагрузочных резисторов, предназначенных для использования в силовых цепях тяговых электродвигателей транспортных средств с электротягой, преимущественно в силовых цепях тяговых электродвигателей подвижного состава электрофицированных железных дорог, в качестве тормозных, пусковых или пускотормозных резисторов. The claimed group of inventions relates to the field of design of load resistors intended for use in power circuits of traction electric motors of electric vehicles, mainly in power circuits of traction electric motors of rolling stock of electrified railways, as braking, starting or starting braking resistors.
Нагрузочные резисторы, выполняющие функцию пусковых, тормозных или пускотормозных резисторов, служат нагрузкой, включаемой в силовую цепь тягового электродвигателя при его пуске и/или электрическом торможении. Функция нагрузочных резисторов, а именно функция рассеивания (утилизации) избыточной энергии, ниже рассмотрена на примере тормозных резисторов, применяемых в системах электрического торможения подвижного состава электрофицированных железных дорог. Load resistors that act as starting, braking or starting braking resistors serve as the load included in the power circuit of the traction motor when it is started and / or electrically braked. The function of load resistors, namely the function of dissipation (utilization) of excess energy, is discussed below on the example of brake resistors used in electric braking systems of rolling stock of electrified railways.
Известно, см. , например, [1, с. 5-11], [2, с. 372-373], что подвижной состав электрофицированных железных дорог использует системы электрического торможения ("электрические тормоза") в качестве основной системы торможения, при этом традиционные электропневматические колодочно-бандажные тормоза используются в качестве дополнительных и резервных тормозов. Использование электрического торможения позволяет резко уменьшить износ тормозных колодок и бандажей, уменьшает загрязнение оборудования поездов и путей металлической пылью, позволяет увеличить скоростные режимы движения, в том числе на спусках и при подъездах к остановкам, дает возможность автоматизировать процессы управления торможением. Суть происходящих при электрическом торможении процессов заключается в том, что тяговые электродвигатели переходят в генераторный режим. Создаваемый при этом вращающий момент стремится задержать вращение связанных с тяговыми двигателями колесных пар, чем и достигается эффект торможения. Электроэнергия, вырабатываемая в процессе электрического торможения, поглощается в нагрузочных (тормозных) резисторах (так называемое "реостатное торможение") или передается в контактную сеть ("регенеративное торможение"). Поскольку при электрическом торможении всякое повышение скорости вызывает автоматическое увеличение тормозной силы и, наоборот, снижение скорости - уменьшение тормозной силы (при этом колодки и бандажи не нагреваются и не изнашиваются), то это существенно повышает безопасность движения. В связи с этим, при использовании электрического торможения допустимая скорость движения, в том числе на спусках и при подъездах к остановкам, может быть выше, чем при использовании только механического торможения. На скоростных электропоездах применение электрического торможения обязательно, поскольку с ростом скоростей эффективность механического торможения резко падает при одновременном резком усилении износа колодок и бандажей. It is known, see, for example, [1, p. 5-11], [2, p. 372-373], that the rolling stock of electrified railways uses electric braking systems ("electric brakes") as the main braking system, while traditional electro-pneumatic brake shoe brakes are used as additional and backup brakes. The use of electric braking can dramatically reduce the wear of brake pads and tires, reduces the pollution of train equipment and tracks with metal dust, allows you to increase speed modes, including on the slopes and at the approaches to stops, makes it possible to automate the braking control processes. The essence of the processes occurring during electrical braking is that traction motors go into generator mode. The torque created at the same time tends to delay the rotation of the wheel pairs associated with the traction motors, thereby achieving the braking effect. Electricity generated during electrical braking is absorbed in the load (braking) resistors (the so-called "rheostatic braking") or transmitted to the contact network ("regenerative braking"). Since with electric braking any increase in speed causes an automatic increase in braking force and, conversely, a decrease in speed - a decrease in braking force (while the pads and bandages do not heat up and do not wear out), this significantly increases the safety of movement. In this regard, when using electric braking, the permissible speed, including on the slopes and when approaching stops, can be higher than when using only mechanical braking. On high-speed trains, the use of electric braking is necessary, since with increasing speeds, the effectiveness of mechanical braking sharply decreases with a simultaneous sharp increase in the wear of pads and bandages.
При всем разнообразии конкретных схем реализации (в зависимости от условий применения и решаемых задач) системы пуска тяговых электродвигателей транспортных средств с электротягой, а также системы их электрического торможения имеют общие по выполняемой функции элементы - нагрузочные резисторы, см., например, [3], [4], [5], [6], [7], [8], которые являются предметом рассмотрения в настоящей заявке. Нагрузочные резисторы включаются в силовые цепи тяговых электродвигателей при их пуске, обеспечивая плавность выхода на заданный рабочий режим, а также - при электрическом торможении - при переводе тяговых электродвигателей в генераторный режим, обеспечивая рассеивание избыточной энергии. Нагрузочные резисторы работают в условиях высоких электрических, тепловых и механических воздействий, к ним предъявляются повышенные требования по надежности в условиях воздействия окружающей среды. Все это отличает нагрузочные резисторы от прочих резисторов, используемых в электрических схемах транспортных средств с электротягой, выделяя их в отдельную конструктивную группу. With all the variety of specific implementation schemes (depending on application conditions and tasks to be solved), the starting systems of traction electric motors of vehicles with electric traction, as well as their electrical braking systems, have common elements in their function - load resistors, see, for example, [3], [4], [5], [6], [7], [8], which are the subject of consideration in this application. The load resistors are included in the power circuits of the traction electric motors when they are started, ensuring a smooth exit to the specified operating mode, as well as with electric braking, when the traction motors are switched to the generating mode, ensuring the dissipation of excess energy. Load resistors operate in conditions of high electrical, thermal and mechanical influences, they are subject to increased requirements for reliability in environmental conditions. All this distinguishes load resistors from other resistors used in electric circuits of vehicles with electric traction, highlighting them in a separate design group.
Нагрузочные резисторы, выполняющие функцию пусковых, тормозных или пускотормозных резисторов, как правило собираются из отдельных модулей. Модуль нагрузочных резисторов представляет собой конструктивно законченное изделие, содержащее резистивные элементы, размещенные в соответствующем крепежном блоке. Резистивные элементы оснащаются средствами для подключения токовыводов, с помощью которых осуществляются электрические соединения резистивных элементов. Крепежный блок оснащается средствами, с помощью которых осуществляется механическое закрепление модуля нагрузочных резисторов на соответствующей несущей платформе. Известные резистивные элементы, широко применяемые в системах пуска и электрического торможения тяговых электродвигателей электровозов и электропоездов, представляют собой плоские, например литые, или объемные, например ленточные, резистивные элементы. В качестве материалов для их изготовления используются, в частности, специальный чугун, нихром, фехраль. Load resistors, which act as starting, braking or starting braking resistors, are usually assembled from separate modules. The load resistor module is a structurally complete product containing resistive elements located in the corresponding mounting block. Resistive elements are equipped with means for connecting current leads, through which electrical connections of resistive elements are made. The mounting block is equipped with means by which mechanical fastening of the module of load resistors is carried out on the corresponding carrier platform. Known resistive elements, widely used in start-up and electric braking systems of traction electric motors of electric locomotives and electric trains, are flat, for example cast, or voluminous, for example, tape, resistive elements. As materials for their manufacture are used, in particular, special cast iron, nichrome, fechral.
Например, в [9, с.7-10, рис.1, 2, 3; с.30-31, рис.22, 23] описаны резистивные блоки типа "СЖ" и "Е", применяемые в электрических схемах пуска и электрического торможения тяговых электродвигателей электровозов серий "ВЛ19", "ВЛ22", "Ск", "Cс", "Си", "ЧС" и др. Эти резистивные блоки содержат плоские (в форме "змейки") резистивные элементы, отлитые из специального чугуна с удельным сопротивлением 0,83-0,86 Ом•мм2/м. Резистивные элементы закрепляются своими проушинами на изолированных шпильках крепежного каркаса и соединяются между собой и с соответствующими элементами электрической схемы с помощью токовыводов, например с помощью медных шин. Достоинством резистивных блоков с чугунными литыми резистивными элементами является дешевизна и простота изготовления, недостатком - тяжеловесность, громоздкость и хрупкость элементов, что послужило причиной их вытеснения более надежными и эффективными резистивными ленточными элементами из нихрома или фехраля.For example, in [9, pp. 7-10, fig. 1, 2, 3; p.30-31, Fig.22, 23] describes resistive blocks of the type "SJ" and "E" used in the electrical circuits for starting and electric braking of traction electric motors of electric locomotives of the series "VL19", "VL22", "C to ", " C s "," C and "," Emergency "and others. These resistive blocks contain flat (in the form of a" snake ") resistive elements cast from special cast iron with a specific resistance of 0.83-0.86 Ohm • mm 2 / m . Resistive elements are fixed with their eyes on insulated studs of the mounting frame and are connected to each other and to the corresponding elements of the electrical circuit using current outputs, for example using copper busbars. The advantage of resistive blocks with cast iron resistive elements is the cheapness and simplicity of manufacture, the disadvantage is the heaviness, bulkiness and fragility of the elements, which caused them to be replaced by more reliable and efficient resistive tape elements from nichrome or fechral.
Среди резистивных ленточных элементов из нихрома или фехраля, используемых в силовых цепях тяговых электродвигателей электровозов и моторных вагонов электропоездов, в том числе в цепях пуска и электрического торможения, наибольшее распространение получили две конструктивные разновидности. Первая разновидность характеризуется зигзагообразным изгибом ленты в виде "гармошки", вторая - намоткой ленты в виде спирали на "ребро". Among the resistive tape elements made of nichrome or fechral, used in the power circuits of traction electric motors of electric locomotives and motor cars of electric trains, including in the start-up and electric braking circuits, two structural varieties were most widely used. The first variety is characterized by a zigzag bend of the tape in the form of an "accordion", the second - by winding the tape in the form of a spiral on a "rib".
Например, в [9, с. 16 - 17, рис. 10; с. 54-57, рис.38] описана конструкция модуля нагрузочных резисторов электровозов серии "К", в котором резистивный элемент выполнен в виде ленты из сплава NiСr3020. Лента изогнута зигзагообразно ("гармошкой") и с боков закреплена между керамическими изоляторами, нанизанными на шпильки. Концы шпилек прикреплены к стальным боковинам несущей рамы, причем на одной из боковин они закреплены жестко, а на другой - с некоторой свободой перемещения, чем достигается компенсация линейного удлинения изоляторов, ленты и самих шпилек при нагреве. К ленте крепятся соединительные и выводные шины. Несущая рама оснащается средствами для закрепления на несущей платформе. Недостатками конструкции с ленточными резистивными элементами являются сложность изготовления, а также недостаточная эффективность теплоотдачи при естественном охлаждении, что, в частности, не позволяет использовать такую конструкцию в модулях нагрузочных резисторов, предназначенных для установки на крышах моторных вагонов электропоездов.For example, in [9, p. 16 - 17, fig. 10; from. 54-57, Fig. 38] describes the design of the module of the load resistors of electric locomotives of the "K" series, in which the resistive element is made in the form of a tape made of NiСr 3020 alloy. The tape is curved in a zigzag pattern (“accordion”) and is fixed on the sides between ceramic insulators strung on hairpins. The ends of the studs are attached to the steel sidewalls of the supporting frame, and on one of the sidewalls they are fixed rigidly, and on the other with some freedom of movement, which compensates for the linear elongation of the insulators, tape and the studs themselves when heated. Connecting and output buses are attached to the tape. The carrier frame is equipped with means for fixing on the carrier platform. The disadvantages of the design with tape resistive elements are the complexity of manufacture, as well as the insufficient heat transfer efficiency during natural cooling, which, in particular, does not allow the use of such a design in load resistor modules intended for installation on the roofs of motor cars of electric trains.
Для повышения коэффициента теплоотдачи модуля нагрузочных резисторов с резистивной лентой в виде "гармошки" резистивную ленту оснащают турбулизаторами, например, как в известном решении [10]. Однако, даже при использовании турбулизаторов, эффективность теплоотдачи в таком модуле остается недостаточной, что не позволяет использовать его в конструкциях нагрузочных резисторов, предназначенных для работы в условиях размещения на крышах моторных вагонов электропоездов. To increase the heat transfer coefficient of the module of load resistors with a resistive tape in the form of an "accordion", the resistive tape is equipped with turbulators, for example, as in the well-known solution [10]. However, even when using turbulators, the heat transfer efficiency in such a module remains insufficient, which does not allow it to be used in the design of load resistors designed to operate on the roofs of motor carriages of electric trains.
Известны конструкции модулей нагрузочных резисторов, предназначенные для размещения на крышах моторных вагонов электропоездов, в которых используются резистивные элементы с намоткой фехралевой ленты в виде спирали "на ребро". Например, в электропоезде "ЭР" на крыше моторного вагона размещены четырнадцать модулей нагрузочных (пускотормозных) резисторов, каждый из которых включает в себя четыре резистивных элемента типа "КФ" из фехралевой ленты [1, с.35-37; с.46-47, рис.25]. Эти модули устанавливаются на крыше моторного вагона на опорных изоляторах и закрываются сверху откидными крышками, служащими для защиты резистивных элементов от непосредственного попадания на них сверху дождя и снега. Типичные конструкции таких модулей нагрузочных резисторов и составляющих их резистивных элементов типа "КФ" описаны, в частности, в [2, с. 281, рис.185], [1, с.10-21, рис.4, 5; с.36-38, рис.25]. В этих модулях резистивные элементы выполнены в виде цилиндрической спирали из фехралевой ленты, закрепленной на ребристом фарфоровом изоляторе, размещенном на стальном держателе. Наличие ребер на изоляторах обеспечивает равномерное размещение фехралевой ленты вдоль держателя и предотвращает замыкание витков спирали между собой. К концам фехралевой ленты прикрепляются наконечники, используемые в качестве токовыводов при осуществлении электрических соединений. На концах держателя выполнены проушины для закрепления на изолированных шпильках рамы крепежного блока. Рама крепежного блока оснащена средствами для крепежа на несущей платформе. Known designs of load resistor modules designed to be placed on the roofs of motor cars of electric trains that use resistive elements with winding fechral tape in the form of a spiral "on the edge". For example, in the electric train "ER" on the roof of a motor car fourteen modules of load (brake) resistors are placed, each of which includes four resistive elements of the "KF" type from a fechral tape [1, p. 35-37; p. 46-47, Fig. 25]. These modules are installed on the roof of a motor car on support insulators and are closed by hinged covers on top, which serve to protect resistive elements from direct rain and snow falling on top of them. Typical designs of such modules of load resistors and their constituent resistive elements of the type "KF" are described, in particular, in [2, p. 281, fig. 185], [1, pp. 10-21, fig. 4, 5; p. 36-38, Fig. 25]. In these modules, the resistive elements are made in the form of a cylindrical spiral made of fechral tape, mounted on a ribbed porcelain insulator placed on a steel holder. The presence of ribs on the insulators ensures uniform distribution of the fechral tape along the holder and prevents the spiral coils from closing together. The ends used as current leads for making electrical connections are attached to the ends of the fechral tape. At the ends of the holder eyes are made for fastening on insulated studs of the frame of the mounting block. The frame of the mounting block is equipped with means for mounting on a supporting platform.
Аналогичный по конструкции модуль нагрузочных резисторов, описанный в [11] , в полной мере пригодный для использования на транспортных средствах с электротягой, в том числе на электроподвижном составе, например в моторных вагонах электропоездов, принят в качестве прототипа для заявляемых модулей нагрузочных резисторов. A similar design module of the load resistors described in [11], fully suitable for use on vehicles with electric traction, including electric rolling stock, for example, in motor cars of electric trains, is adopted as a prototype for the inventive modules of load resistors.
Модуль нагрузочных резисторов, принятый в качестве прототипа, содержит размещенные в крепежном блоке резистивные элементы, выполненные из ленты высокого удельного сопротивления, например из фехраля, намотанной в виде спирали на "ребро". В рассматриваемом случае применения модуля нагрузочных резисторов для транспортного средства с электротягой эти резистивные элементы служат для включения в силовую цепь тягового электродвигателя при его пуске или электрическом торможении. В каждом из резистивных элементов торцевая часть ленты размещается на ребристых фарфоровых изоляторах, установленных на двух торцевых держателях, которые выполнены с возможностью продольного перемещения друг относительно друга в процессе сборки модуля, что обеспечивает прочную фиксацию ленты на изоляторах. Это повышает надежность работы резистивного элемента в условиях вибрации и ударов и позволяет уменьшить ширину изоляторов. Резистивные элементы в крепежном блоке размещены параллельно друг другу в одной горизонтальной плоскости. Каждый из резистивных элементов снабжен токовыводами для подключения к электрической схеме. The module of load resistors, adopted as a prototype, contains resistive elements located in the mounting block made of a tape of high specific resistance, for example, of fechral, wound in the form of a spiral on a “rib”. In the case under consideration, the use of the module of load resistors for a vehicle with electric traction, these resistive elements serve to be included in the power circuit of the traction motor when it is started or electrically braked. In each of the resistive elements, the end part of the tape is placed on ribbed porcelain insulators mounted on two end holders, which are made with the possibility of longitudinal movement relative to each other during the assembly of the module, which ensures strong fixation of the tape on the insulators. This increases the reliability of the resistive element in conditions of vibration and shock and reduces the width of the insulators. Resistive elements in the mounting block are placed parallel to each other in one horizontal plane. Each of the resistive elements is equipped with current outputs for connection to an electrical circuit.
Достоинством модуля нагрузочных резисторов, принятого в качестве прототипа, является прочность конструкции, эффективность теплоотдачи в условиях естественного охлаждения, в том числе при установке на крыше моторного вагона электропоезда. Недостатком является сложность выполнения ленточной цилиндрической спирали и необходимость использования для ее закрепления фарфоровых изоляторов с соответствующей установочной арматурой. Существенным недостатком является также большой вес в расчете на один киловатт рассеиваемой мощности (6-8 кг/кВт) и большая индуктивность (200-500 мкГн). The advantage of the load resistor module, adopted as a prototype, is the structural strength, heat transfer efficiency in conditions of natural cooling, including the installation of an electric train on the roof of a motor car. The disadvantage is the difficulty of performing a tape cylindrical spiral and the need to use porcelain insulators with the corresponding installation fittings to fix it. A significant disadvantage is also the large weight per kilowatt of power dissipation (6-8 kg / kW) and large inductance (200-500 μH).
Задачей, на решение которой направлена заявляемая группа изобретений, является создание новых разновидностей модулей нагрузочных резисторов, обеспечивающих снижение веса в расчете на один киловатт рассеиваемой мощности и уменьшение индуктивности при одновременном упрощении конструкции и сохранении возможности эксплуатации в условиях установки на крышах моторных вагонов электропоездов и иных транспортных средств с электротягой. The task to which the claimed group of inventions is directed is to create new varieties of load resistor modules that provide weight reduction per kilowatt of dissipated power and a decrease in inductance while simplifying the design and maintaining the possibility of operation under the conditions of installing electric trains and other transport vehicles on the roofs of motor cars means with electric traction.
Сущность заявляемого изобретения по первому варианту состоит в том, что в модуле нагрузочных резисторов, содержащем размещенные в крепежном блоке резистивные элементы, служащие для включения в силовую цепь тягового электродвигателя транспортного средства с электротягой при его пуске или электрическом торможении, указанные резистивные элементы выполнены в виде трубчатых электронагревателей, крепежный блок выполнен в виде теплоотводящего радиатора из материала, не образующего гальваническую пару с материалом внешней оболочки трубчатых электронагревателей, трубчатые электронагреватели размещены в соответствующих каналах внутри теплоотводящего радиатора, а выступающие из каналов концы трубчатых электронагревателей, предназначенные для подключения токовыводов, оснащены торцевыми изоляционными муфтами, служащими для защиты концов трубчатых электронагревателей от воздействия влаги. The essence of the invention according to the first embodiment consists in the fact that in the module of load resistors containing resistive elements located in the mounting block, which serve to be included in the power circuit of the traction electric motor of the vehicle with electric traction during its start-up or electric braking, these resistive elements are made in the form of tubular electric heaters, the mounting block is made in the form of a heat sink radiator from a material that does not form a galvanic pair with the material of the outer shell of the tube of electric heaters, tubular electric heaters are placed in the corresponding channels inside the heat sink, and the ends of the tubular electric heaters protruding from the channels, designed to connect current leads, are equipped with end insulating couplings that protect the ends of the tubular electric heaters from moisture.
Сущность заявляемого изобретения по второму варианту состоит в том, что в модуле нагрузочных резисторов, содержащем размещенные в крепежном блоке резистивные элементы, служащие для включения в силовую цепь тягового электродвигателя транспортного средства с электротягой при его пуске или электрическом торможении, указанные резистивные элементы выполнены в виде трубчатых электронагревателей, крепежный блок выполнен в виде теплоотводящего радиатора, трубчатые электронагреватели размещены в соответствующих каналах внутри теплоотводящего радиатора, при этом внутренние поверхности каналов и внешние поверхности размещенных в них трубчатых электронагревателей электрически изолированы друг от друга с помощью теплопроводящего электронепроводящего герметика, а выступающие из каналов концы трубчатых электронагревателей, предназначенные для подключения токовыводов, оснащены торцевыми изоляционными муфтами, служащими для защиты концов трубчатых электронагревателей от воздействия влаги. The essence of the claimed invention in the second embodiment consists in the fact that in the module of load resistors containing resistive elements located in the mounting block, which serve to be included in the power circuit of the traction electric motor of the vehicle with electric traction during its start-up or electric braking, these resistive elements are made in the form of tubular electric heaters, the mounting block is made in the form of a heat sink, tubular electric heaters are placed in the corresponding channels inside the heat sink a radiator, while the inner surfaces of the channels and the outer surfaces of the tubular electric heaters located in them are electrically isolated from each other using heat-conducting electrically conductive sealant, and the ends of the tubular electric heaters protruding from the channels, designed to connect current leads, are equipped with end insulating couplings that protect the ends of the tubular electric heaters from moisture.
В частных случаях реализации заявляемых изобретений по первому и второму вариантам теплоотводящий радиатор выполнен в виде двух соединенных между собой теплорассеивающих панелей, фигурный профиль соприкасающихся сторон которых выполнен таким образом, что при соединении панелей образуются каналы для размещения в них трубчатых электронагревателей. In particular cases of the implementation of the claimed inventions according to the first and second variants, the heat sink is made in the form of two heat-dissipating panels interconnected, the shaped profile of the contacting sides of which is made in such a way that when the panels are connected, channels are formed for placement of tubular electric heaters in them.
В частном случае реализации изобретения по второму варианту внешняя оболочка трубчатых электронагревателей выполнена из нержавеющей стали, а теплоотводящий радиатор выполнен из алюминиевого сплава. In the particular case of the invention according to the second embodiment, the outer shell of the tubular electric heaters is made of stainless steel, and the heat sink is made of aluminum alloy.
Сущность заявляемых изобретений и возможность их практической реализации поясняются чертежами, представленными на фиг.1-4. The essence of the claimed inventions and the possibility of their practical implementation are illustrated by the drawings presented in figures 1-4.
На фиг.1 представлена схема конструкции модуля нагрузочных резисторов по первому варианту (фиг.1 а - вид со стороны торцов трубчатых электронагревателей, фиг. 1б - фрагмент вида со стороны теплорассеивающей поверхности теплоотводящего радиатора);
на фиг.2 представлена схема конструкции модуля нагрузочных резисторов по второму варианту (фиг.2а - вид со стороны торцов трубчатых электронагревателей, фиг. 2б - фрагмент вида со стороны теплорассеивающей поверхности теплоотводящего радиатора);
на фиг.3 представлена схема конструкции трубчатого электронагревателя с торцевой изоляционной муфтой;
на фиг.4 представлена схема размещения модулей нагрузочных резисторов в секции, установленной на крыше моторного вагона электропоезда.Figure 1 shows the design diagram of the module of load resistors according to the first embodiment (Fig. 1 a is a side view of the ends of the tubular electric heaters, Fig. 1b is a fragment of a view from the side of the heat-dissipating surface of the heat sink);
figure 2 presents a design diagram of the module of load resistors according to the second embodiment (figa - view from the ends of the tubular electric heaters, Fig. 2b is a fragment of the view from the heat dissipating surface of the heat sink);
figure 3 presents a design diagram of a tubular electric heater with an end insulating sleeve;
figure 4 presents the layout of the modules of the load resistors in the section mounted on the roof of the motor car of the electric train.
Заявляемые модули нагрузочных резисторов в обоих вариантах выполнения (фиг.1-2) содержат крепежный блок, выполненный в виде теплоотводящего радиатора 1. Внутри теплоотводящего радиатора 1, а именно в каналах 2, размещены резистивные элементы, выполненные в виде трубчатых электронагревателей (ТЭН) 3. Выступающие из каналов 2 концы ТЭН 3, предназначенные для подключения токовыводов, оснащены торцевыми изоляционными муфтами 4, служащими для защиты концов ТЭН 3 от воздействия влаги. The inventive modules of load resistors in both embodiments (Fig.1-2) contain a mounting block made in the form of a heat sink 1. Inside the heat sink 1, namely in channels 2, there are resistive elements made in the form of tubular electric heaters (TEN) 3 The ends of the
В представленных на фиг. 1 и 2 примерах теплоотводящий радиатор 1 выполнен в виде двух соединенных между собой теплорассеивающих панелей 11 и 12, фигурный профиль соприкасающихся сторон которых выполнен таким образом, что при их стыковке образуются каналы 2 для размещения ТЭН 3 (в рассматриваемых примерах - пять параллельных продольных каналов 2 для пяти прямых ТЭН 3, располагающихся вертикально друг над другом). Плоскость стыковки теплорассеивающих панелей 11 и 12 проходит через продольные оси ТЭН 3. Противоположные свободные стороны теплорассеивающих панелей 11 и 12 образуют теплорассеивающие поверхности теплоотводящего радиатора 1.As shown in FIG. In examples 1 and 2, the heat sink radiator 1 is made in the form of two heat-dissipating panels 1 1 and 1 2 connected to each other, the shaped profile of the contacting sides of which is made in such a way that when they are joined, channels 2 are formed to accommodate the heating elements 3 (in the considered examples, five parallel longitudinal channels 2 for five
Теплорассеивающие панели 11 и 12 скреплены между собой, например, с помощью поперечных резьбовых шпилек или болтов (на чертежах не показано).The heat dissipating panels 1 1 and 1 2 are fastened together, for example, using transverse threaded rods or bolts (not shown in the drawings).
В первом варианте (фиг.1) теплоотводящий радиатор 1 выполнен из материала, не образующего гальваническую пару с материалом внешней оболочки ТЭН 3. Например, теплоотводящий радиатор 1 и внешняя оболочка ТЭН 3 выполняются из нержавеющей стали. В этом варианте ТЭН 3 непосредственно взаимодействует с теплоотводящим радиатором 1. In the first embodiment (Fig. 1), the heat sink 1 is made of material that does not form a galvanic couple with the material of the outer shell of the
Во втором варианте (фиг.2) теплоотводящий радиатор 1 выполнен, например, из алюминиевого сплава, а внешняя оболочка ТЭН 3 выполнена, например, из нержавеющей стали. В этом варианте внутренние поверхности каналов 2 и внешние поверхности размещенных в них ТЭН 3 изолированы друг от друга с помощью теплопроводящего электронепроводящего герметика 5, например силиконового, предотвращающего образование гальванической связи между взаимодействующими поверхностями ТЭН 3 и теплоотводящего радиатора 1. In the second embodiment (figure 2), the heat sink 1 is made, for example, of aluminum alloy, and the outer shell of the
Конструктивно ТЭН 3 (фиг.3) содержит трубку 6, выполненную в подавляющем числе практически значимых случаев из нержавеющей стали. Внутри трубки 6 расположена проволочная спираль 7. Параметры спирали 7 (длина, сечение и материал проволоки) выбираются исходя из заданных характеристик ТЭН 3 по току, электрическому сопротивлению и мощности. Трубка 6 со спиралью 7 заполнена наполнителем 8, например кварцевым песком. С обоих концов трубка 6 закрыта керамическими втулками 9, через которые проходят резьбовые стержни 10, соединенные внутри трубки 6 со спиралью 7. Герметизация соединения керамических втулок 9 с трубкой 6 осуществляется с помощью термостойкого герметика, например силиконового. Для дополнительной защиты от воздействия влаги концы ТЭН 3 с керамическими втулками 9 и выступающими наружу резьбовыми стержнями 10 изолируются торцевыми изоляционными муфтами 4. Торцевые изоляционные муфты 4 выполняются, например, из силиконовой резины. Выполнение торцевых изоляционных муфт 4 осуществляется на завершающем этапе изготовления ТЭН 3. При этом концы ТЭН 3 очищаются, обрабатываются адгезивом и помещаются в форму с герметиком - силиконовой резиной. После этого проводится термообработка, в результате которой герметик - силиконовая резина - полимеризуется, образуя несъемную торцевую изоляционную муфту 4. В таком виде ТЭН 3 поступают на сборку модуля нагрузочных резисторов. Structurally TEN 3 (figure 3) contains a
Сборка модуля нагрузочных резисторов осуществляется следующим образом. В профильные углубления одной из теплорассеивающих панелей теплоотводящего радиатора 1 (например 11) помещаются соответствующие ТЭН 3 так, что торцевые изоляционные муфты 4 остаются снаружи. К теплорассеивающей панели 11 пристыковывается другая панель 12, образуя теплоотводящий радиатор 1 с каналами 2, в которых размещаются ТЭН 3. По первому варианту (фиг.1) ТЭН 3 размещаются в каналах 2 теплоотводящего радиатора 1 без герметика, по второму варианту (фиг.2) - с герметиком 5, образующим теплопроводящий электроизолирующий слой, разделяющий внутренние поверхности каналов 2 и внешние поверхности ТЭН 3. Состыкованные таким образом теплорассеивающие панели 11 и 12 скрепляются между собой, например стягиваются резьбовыми шпильками или болтами, зажимая в своих каналах 2 ТЭН 3. Свободные концы ТЭН 3, т.е. концы резьбовых стержней 10, выступающие из торцевых изоляционных муфт 4, служат для закрепления токовыводов, например медных шин 11 (фиг.3), посредством которых ТЭН 3 соединяются между собой и с другими элементами схемы управления тяговым электродвигателем. Закрепление шин 11 на резьбовом стержне 10 осуществляется, например как показано на фиг. 3, с помощью гаек 12.Assembly module load resistors is as follows. In the profile recesses of one of the heat dissipating panels of the heat sink 1 (for example, 1 1 ), the corresponding
Собранный таким образом модуль нагрузочных резисторов готов к закреплению на раме несущей конструкции. Для обеспечения возможности такого закрепления теплоотводящий радиатор 1 может оснащаться, например, крепежными ушками 13 (фиг.1, 2). The module of load resistors assembled in this way is ready for fixing on the frame of the supporting structure. To ensure the possibility of such fixing, the heat sink 1 can be equipped, for example, with fixing ears 13 (Figs. 1, 2).
Рассмотренное показывает, что предложенная конструкция заявляемых модулей нагрузочных резисторов, по сравнению с прототипом, характеризуется существенным упрощением. Упрощение достигается за счет применения ТЭН 3, которые изготавливаются по отработанной промышленной технологии, позволяющей получать ТЭН 3 с нужными электрическими и тепловыми характеристиками, при этом реальная номенклатура реализуемых характеристик ТЭН 3 такова, что позволяет осуществить полноценную замену ленточных, например фехралевых, резистивных элементов, применяемых в нагрузочных (пускотормозных) резисторах для электроподвижного состава [1, с.35-37]. Существенно упрощает конструкцию предложенное выполнение крепежного блока в виде теплоотводящего радиатора 1, который в отношении ТЭН 3 выполняет по меньшей мере три функции: функцию несущего элемента, в котором наиболее простым способом решается проблема закрепления ТЭН 3, функцию теплоотвода и функцию защиты от механических воздействий. Теплоотводящий радиатор 1 также прост в изготовлении, может выполняться, например, методами штамповки или гибки по первому варианту или литьем из алюминиевых сплавов по второму варианту. The above shows that the proposed design of the inventive modules of load resistors, compared with the prototype, is characterized by a significant simplification. Simplification is achieved through the use of
При практическом использовании заявляемые модули нагрузочных резисторов компонуются в секции 14 (фиг.4). Секция 14 содержит, например, шесть - семь модулей 15 нагрузочных резисторов, размещенных параллельно друг другу с определенным зазором. Модули 15 нагрузочных резисторов в секции 14 соединяются между собой в соответствии с заданной электрической схемой соединения. Секции 14, например восемь - девять секций на один тяговый электродвигатель, устанавливаются на соответствующих изоляторах 16 на крыше моторного вагона 17, электрически соединяются друг с другом и подключаются к соответствующим элементам цепи управления тяговым электродвигателем, образуя в совокупности, например, его пускотормозной резистор. При размещении на крыше моторного вагона секции 14 могут оснащаться навесными козырьками 18 и брызгорассекателями 19, представляющими собой пластины, устанавливаемые перед торцевыми частями ТЭН 3 модулей 15 нагрузочных резисторов. При этом сплошных верхних крышек, аналогичных [1, с.47, рис.25], не требуется. In practical use, the inventive load resistor modules are arranged in section 14 (figure 4).
Как показали испытания, заявляемые модули нагрузочных резисторов, по сравнению с прототипом, обеспечивают существенное (от трех до восьми раз) снижение веса в расчете на один киловатт рассеиваемой мощности (за счет существенно большей поверхности теплорассеивания и возможности применения во втором варианте легких алюминиевых сплавов для теплоотводящего радиатора), а также существенное уменьшение индуктивности (до единиц микрогенри на один модуль). Например, испытания нагрузочного резистора, состоящего из 48 модулей заявляемой конструкции, показали, что при общем весе, не превышающем 480 кг, максимальная рассеиваемая мощность достигала 600 кВт, при этом температура на поверхности теплоотводящего радиатора не превышала 200oС. Для нагрузочного резистора, состоящего из 63 модулей, аналогичные характеристики составили следующие значения: вес не более 630 кг, максимальная рассеиваемая мощность 780 кВт при той же температуре на поверхности теплоотводящего радиатора. Испытания проводились при значениях постоянного напряжения 1750 В и 2000 В, электрическое сопротивление нагрузочного резистора - около 5 Ом.As tests have shown, the claimed load resistor modules, in comparison with the prototype, provide a significant (from three to eight times) weight reduction per kilowatt of power dissipation (due to the significantly larger heat dissipation surface and the possibility of using light aluminum alloys for the heat sink in the second version radiator), as well as a significant decrease in inductance (up to microgenry units per module). For example, tests of a load resistor, consisting of 48 modules of the claimed design, showed that with a total weight not exceeding 480 kg, the maximum power dissipation reached 600 kW, while the temperature on the surface of the heat sink heatsink did not exceed 200 o C. For a load resistor, consisting of 63 modules, similar characteristics amounted to the following values: weight not more than 630 kg, maximum power dissipation 780 kW at the same temperature on the surface of the heat sink. The tests were carried out at constant voltage values of 1750 V and 2000 V, the electrical resistance of the load resistor is about 5 Ohms.
Из рассмотренного следует, что заявляемая группа изобретений осуществима, промышленно применима и решает поставленную задачу по созданию новых разновидностей модулей нагрузочных резисторов, обеспечивающих снижение веса в расчете на один киловатт рассеиваемой мощности и уменьшение индуктивности при одновременном упрощении конструкции и сохранении возможности эксплуатации в условиях установки на крышах моторных вагонов электропоездов и иных транспортных средств с электротягой. Совокупность указанных положительных качеств заявляемых модулей нагрузочных резисторов обуславливает перспективы по их широкому практическому использованию. From the above it follows that the claimed group of inventions is feasible, industrially applicable and solves the task of creating new varieties of load resistor modules that provide weight reduction per kilowatt of dissipated power and a decrease in inductance while simplifying the design and maintaining the possibility of operation in a roof installation motor cars of electric trains and other vehicles with electric traction. The combination of these positive qualities of the claimed modules of the load resistors determines the prospects for their wide practical use.
Источники информации
1. Л.Д. Капустин, Л.Г. Залесский, М.Т. Глушков. Электропоезд ЭР с рекуперативно-реостатным торможением. М., Трансжелдориздат, 1960.Sources of information
1. L.D. Kapustin, L.G. Zalessky, M.T. Glushkov. Electric train with regenerative-rheostatic braking. M., Transzheldorizdat, 1960.
2. В.К. Калинин. Электровозы и электропоезда. М., Транспорт, 1991. 2. V.K. Kalinin. Electric locomotives and electric trains. M., Transport, 1991.
3. Авторское свидетельство СССР (SU) 1393672 (А1), кл. В 60 L 7/22, опубл. 07.05.88. 3. Copyright certificate of the USSR (SU) 1393672 (A1), cl. In 60
4. Авторское свидетельство СССР (SU) 1395531 (А1), кл. В 60 L 7/22, опубл. 15.05.88. 4. Copyright certificate of the USSR (SU) 1395531 (A1), cl. In 60
5. Патент СССР (SU) 1454243 (A3), кл. В 60 L 7/00, опубл. 23.01.89. 5. USSR patent (SU) 1454243 (A3), cl. In 60
6. Патент РФ (RU) 2035322 (С1), кл. В 60 L 7/22, опубл.20.05.95. 6. Patent of the Russian Federation (RU) 2035322 (C1), cl. In 60
7. Патент РФ (RU) 2077145 (С1), кл. В 60 L 7/22 опубл. 10.04.97. 7. Patent of the Russian Federation (RU) 2077145 (C1), cl. In 60
8. Патент РФ (RU) 2148506 (С1), кл. В 60 L 7/04, Н 02 Р 3/12, опубл. 10.05.2000. 8. Patent of the Russian Federation (RU) 2148506 (C1), cl. In 60
9. А. И. Смирнов, А.Н. Стукалкин. Сопротивления в электрических цепях электровозов. М., Транспорт, 1965. 9. A.I. Smirnov, A.N. Stukalkin. Resistances in electric circuits of electric locomotives. M., Transport, 1965.
10. Авторское свидетельство СССР (SU) 519770, кл. H 01 C 3/10, Н 01 С 1/08, В 60 L 7/02, опубл. 30.06.76. 10. Copyright certificate of the USSR (SU) 519770, cl. H 01
11. Авторское свидетельство СССР (SU) 1647665 (А1), кл. H 01 C 3/00, опубл. 07.05.91 (прототип). 11. Copyright certificate of the USSR (SU) 1647665 (A1), cl. H 01
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2001103766/28A RU2195034C2 (en) | 2001-02-08 | 2001-02-08 | Loading resistors module (alternatives) |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2001103766/28A RU2195034C2 (en) | 2001-02-08 | 2001-02-08 | Loading resistors module (alternatives) |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2195034C2 true RU2195034C2 (en) | 2002-12-20 |
Family
ID=20245858
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2001103766/28A RU2195034C2 (en) | 2001-02-08 | 2001-02-08 | Loading resistors module (alternatives) |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2195034C2 (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011115522A1 (en) * | 2010-03-15 | 2011-09-22 | КИСЕЛЕВ, Александр Михайлович | Resistive (ballast) load testing module |
| RU2602837C1 (en) * | 2015-12-15 | 2016-11-20 | Государственный научный центр Российской Федерации - федеральное государственное унитарное предприятие "Исследовательский Центр имени М.В. Келдыша" | Ballast device (versions) |
| RU2666045C1 (en) * | 2017-04-28 | 2018-09-05 | Сименс Акциенгезелльшафт | Vehicle and brake rheostat for a vehicle |
| WO2021160376A1 (en) * | 2020-02-14 | 2021-08-19 | Siemens Mobility GmbH | Braking resistor and vehicle equipped with same |
-
2001
- 2001-02-08 RU RU2001103766/28A patent/RU2195034C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011115522A1 (en) * | 2010-03-15 | 2011-09-22 | КИСЕЛЕВ, Александр Михайлович | Resistive (ballast) load testing module |
| RU2602837C1 (en) * | 2015-12-15 | 2016-11-20 | Государственный научный центр Российской Федерации - федеральное государственное унитарное предприятие "Исследовательский Центр имени М.В. Келдыша" | Ballast device (versions) |
| RU2666045C1 (en) * | 2017-04-28 | 2018-09-05 | Сименс Акциенгезелльшафт | Vehicle and brake rheostat for a vehicle |
| US10391868B2 (en) | 2017-04-28 | 2019-08-27 | Siemens Mobility GmbH | Vehicle with an electrodynamic braking system and brake resistor for a vehicle |
| WO2021160376A1 (en) * | 2020-02-14 | 2021-08-19 | Siemens Mobility GmbH | Braking resistor and vehicle equipped with same |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6875962B2 (en) | Electric heating system for a motor vehicle | |
| RU2666045C1 (en) | Vehicle and brake rheostat for a vehicle | |
| US20090179721A1 (en) | Cooled High Power Vehicle Inductor and Method | |
| RU208396U1 (en) | BRAKE RHEOSTAT UNIT | |
| KR20030017991A (en) | Regenerative brake | |
| US3806782A (en) | Electromagnetic rail for driving liner motor and method of construction thereof | |
| JPH06319203A (en) | Electric motorcar with energy recovery device | |
| KR100897099B1 (en) | Cooling device for high voltage electric parts of HEV | |
| RU2195034C2 (en) | Loading resistors module (alternatives) | |
| JP7397112B2 (en) | Automotive battery device, automobile, and method of operating the battery device | |
| EP3130517B1 (en) | Moving vehicle | |
| RU2570923C1 (en) | Self-ventilated resistor box for electric public transport | |
| CN106059334B (en) | A kind of converter module | |
| AU2011275649B2 (en) | Power storage module for railway vehicles | |
| RU17658U1 (en) | BRAKE RESISTOR MODULE FOR ELECTRIC MOBILE COMPOSITION | |
| JP2004095530A (en) | Tubular bus bar, insulating coating method therefor, and insulating coating structure therefor | |
| US3394251A (en) | Heater apparatus | |
| KR100971463B1 (en) | Breaking resistor unit for railroad car | |
| KR101594526B1 (en) | Accomodating case for heating wire and heating system with the same | |
| CA1125480A (en) | System for assembling and fixing a coil for eddy current braking to a railway vehicle | |
| RU22918U1 (en) | BRAKE RESISTOR FOR METRO CARS | |
| RU2356119C1 (en) | Power terminating resistor module for electric traction transport | |
| DE20311068U1 (en) | Braking resistance for electrical motors is in form of coil winding on a former set within a heat dissipating block of metal | |
| JP7323505B2 (en) | Vehicle power supply assembly | |
| JP5769980B2 (en) | Rail vehicle heat shield cover |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20050209 |