RU22918U1

RU22918U1 - BRAKE RESISTOR FOR METRO CARS

Info

Publication number: RU22918U1
Application number: RU2001131801/20U
Authority: RU
Inventors: В.А. Кузьменко; С.А. Гулин
Original assignee: Кузьменко Вячеслав Анатольевич
Priority date: 2001-11-26
Filing date: 2001-11-26
Publication date: 2002-05-10

Description

Тормозной резистор для вагонов метрополитенаBrake resistor for subway cars

Заявляемая полезная модель относится к области конструирования тормозных резисторов, предназначенных для использования, преимущественно, в вагонах метрополитена.The inventive utility model relates to the field of designing brake resistors intended for use mainly in subway cars.

Как известно, тормозные резисторы служат в качестве дополнительной нагрузки, включаемой в цепь тягового электродвигателя при его электродинамическом торможении, обеспечивая необходимое рассеивание избыточной энергии, возникающей при переходе электродвигателя из двигательного в генераторный режим 1, с. 280 281, 2, с. 3 - 6, 35 - 38, 54 - 57. Конструктивно тормозные резисторы собираются из отдельных резистивных элементов, закрепляемых на несущих рамах (стойках, опорах) с образованием резистивных модулей. Резистивные элементы соединяются между собой по определенной электрической схеме в соответствии со схемой электродинамического торможения тягового электродвигателя.As is known, brake resistors serve as an additional load, which is included in the traction motor circuit during its electrodynamic braking, providing the necessary dissipation of excess energy arising from the transition of the motor from motor to generator mode 1, p. 280 281, 2, p. 3 - 6, 35 - 38, 54 - 57. Structurally, the braking resistors are assembled from separate resistive elements fixed to the supporting frames (racks, supports) with the formation of resistive modules. Resistive elements are interconnected according to a specific electrical circuit in accordance with the electrodynamic braking circuit of the traction motor.

Резистивные элементы, используемые в качестве составляющих тормозных резисторов, различаются по своему конструктивному выполнению и используемым материалам. Типичными материалами, используемыми при изготовлении резистивных элементов, являются чугун определенной марки, нихром, фехраль. Например, в 2, с. 7 - 10, рис. 1, 2, 3; с. 30-31, рис. 22, 23 описаны резистивные элементы, применяемые в цепях электродинамического торможения тяговых электродвигателей электровозов серий «ВЛ19, «ВЛ22, «CS), «С°, «С, «ЧС и др. Эти резистивные элементы имеют плоскую, в виде «змейки, форму и отлиты из чугуна с удельным сопротивлением 0,83 - 0,86 ом-мм м. Резистивные элементы закрепляются своими проушинами на изолированных шпильках крепежной рамы и соединяются между собой с помощью токопроводящих шин. Отвод тепла в этих конструкциях осуществляется непосредственно с находящейся под током поверхности резистивного элемента, взаимодействующей с охлаждающим воздухом. Достоинством чугунных литых резистивных элементов является дешевизна и простота изготовления, недостатком - громоздкость, хрупкость, тяжеловесность.Resistive elements used as components of brake resistors differ in their design and materials used. Typical materials used in the manufacture of resistive elements are cast iron of a certain brand, nichrome, fechral. For example, in 2, p. 7 - 10, fig. 1, 2, 3; from. 30-31, fig. 22, 23 describe the resistive elements used in the electrodynamic braking circuits of traction electric motors of electric locomotives of the series “VL19,“ VL22, “CS),“ C °, “C,“ ES, etc. These resistive elements have a flat, “snake” shape and cast from cast iron with a specific resistance of 0.83 - 0.86 ohm-mm m. Resistive elements are fixed with their eyes on insulated studs of the mounting frame and are connected to each other by means of conductive busbars. Heat removal in these structures is carried out directly from the current surface of the resistive element interacting with cooling air. The advantage of cast iron resistive elements is low cost and ease of manufacture, the disadvantage is bulkiness, fragility, and heavy weight.

Меньший вес имеют резистивные элементы, выполненные из нихромовой или фехралевой ленты. Среди таких резистивных элементов, реально используемых в цепях электродинамического торможения тяговых электродвигателей электровозов и моторных вагонов электропоездов, наибольшее распространение получили две конструктивные разновидности. Первая разновидность характеризуется зигзагообразным изгибом ленты в виде «гармошки, вторая - намоткой ленты в виде спирали «на ребро.Less weight have resistive elements made of nichrome or fechral tape. Among such resistive elements that are actually used in electrodynamic braking circuits of traction electric motors of electric locomotives and motor carriages of electric trains, two structural varieties are most widely used. The first variety is characterized by a zigzag bending of the tape in the form of an "accordion, the second - by winding the tape in the form of a spiral" on the edge.

Например, в 2, с. 16 - 17, рис. 10; с. 54 - 57, рис. 38, 3 описаны конструкции резистивных элементов, предназначенных, в частности, для использования в тормозных резисторах электровозов. Резистивные элементы вьшолнены в виде ленты, изогнутой зигзагообразно (в виде «гармошки) и закрепленной между керамическими изоляторами, нанизанными на шпильки, концы которых прикреплены к боковинам несущей рамы. Отвод тепла в этих конструкциях осуществляется непосредственно с находящейся под током поверхности резистивной ленты, взаимодействующей с охлаждающим воздухом. В конструкциях предусмотрены средства, обеспечивающие возможность компенсация линейного удлинения изоляторов, ленты и шпилек при нагреве. Основным недостатком таких конструкций является недостаточная эффективность теплоотдачи, что, в частности, требует применения принудительного обдува с помощью вентиляционных установок.For example, in 2, p. 16 - 17, fig. 10; from. 54 - 57, Fig. 38, 3 describe the construction of resistive elements, intended, in particular, for use in braking resistors of electric locomotives. Resistive elements are made in the form of a tape curved in a zigzag manner (in the form of an “accordion”) and fixed between ceramic insulators strung on studs, the ends of which are attached to the sides of the supporting frame. Heat is removed in these structures directly from the current surface of the resistive tape, which interacts with cooling air. The designs provide means to compensate for the linear elongation of insulators, tape and studs when heated. The main disadvantage of such structures is the lack of heat transfer efficiency, which, in particular, requires the use of forced airflow using ventilation units.

Для повышения эффективности теплоотдачи резистивную ленту оснащают турбулизаторами, например как в известных конструкциях 4, 5, или устанавливают резистивную ленту под определенным углом к направлению потока охлаждающего воздуха, например как в конструкции 6, или дополнительно изгибают резистивную ленту на смежных участках и размещают ее в корпусе, выполненном в виде двух коаксиально расположенных колец, в центре которых располагается вентилятор, например как в конструкции 7. Однако, предлагаемые в 4 - 7 конструктивные меры по повышению эффективности теплоотдачи дают сравнительно небольшой и локальный результат, что ограничивает область применения таких конструкций рамками систем с принудительным охлаждением.To increase the heat transfer efficiency, the resistive tape is equipped with turbulators, for example, as in the known constructions 4, 5, or the resistive tape is installed at a certain angle to the direction of the cooling air flow, for example, as in the design 6, or the resistive tape is additionally bent in adjacent sections and placed in the case made in the form of two coaxially arranged rings in the center of which there is a fan, for example, as in design 7. However, the design measures proposed in 4–7 to increase ciency of heat given the relatively small and local result that limits the scope of application of the frame construction systems with forced cooling.

Большей эффективностью теплоотдачи обладают конструкции, в которых резистивные элементы выполняются в виде цилиндрической спирали из резистивной ленты, закрепленной «на ребро на соответствующем изоляторе 1, с.280 - 281, рис.185, 2, с. 10 - 16, рис.4, 7, 9, 8. Отвод тепла в этих конструкциях также осуществляется непосредственно с находящейся под током поверхности резистивной ленты, взаимодействующей с охлаждающим воздухом. Конструктивно, резистивные элементы размещаются в модулях, где крепятся с помощью держателей, проходящих внутри изоляторов. В связи с больщей эффективностью теплоотдачи, обеспечиваемой такими конструкциями, они получили наибольшее распространение среди тормозных резисторов, используемых в электровозах, моторных вагонах электропоездов и вагонах метрополитена.Structures in which the resistive elements are made in the form of a cylindrical spiral from a resistive tape fixed “on a rib on the corresponding insulator 1, p. 280 - 281, fig. 185, 2, p. 10 - 16, Fig. 4, 7, 9, 8. Heat removal in these structures is also carried out directly from the current-carrying surface of the resistive tape interacting with cooling air. Structurally, resistive elements are placed in modules, where they are fastened with holders passing inside the insulators. Due to the large heat transfer efficiency provided by such structures, they are most widely used among brake resistors used in electric locomotives, electric motor train cars and subway cars.

В качестве прототипа заявляемого тормозного резистора выбран тормозной резистор типа «КФ-47А, предназначенный для использования в вагонах метрополитена моделей «81-714.5 и «81-715.5, описанный в 9, с. 73 - 75, рис. 3.36.As a prototype of the inventive braking resistor, a braking resistor of the type "KF-47A" is selected for use in subway cars of the models "81-714.5 and" 81-715.5, described in 9, p. 73 - 75, fig. 3.36.

Тормозной резистор для вагонов метрополитена, принятый в качестве прототипа, содержит закрепленные на крепежной раме восемь резистивных элементов типа «КФ, представляющих собой цилиндрические спирали из фехралевой ленты, навитые «на ребро на ребристых фарфоровых изоляторах. К концам фехралевой ленты прикреплены наконечники, используемые в качестве токовыводов при осуществлении электрических соединений. Ребристая внещняя поверхность фарфорового изолятора обеспечивает надежное закрепление фехралевой ленты. Внутри фарфорового изолятора выполнен канал для размещения стального держателя. На концах стального держателя выполнены проушины для закрепления на изолированных шпильках крепежной рамы. Крепежная рама выполнена с обеспечением возможности своей подвески под вагоном. Отвод тепла в осуществляется непосредственно с находящейся под током поверхности фехралевой ленты, взаимодействующей с охлаждающим воздз ом.The braking resistor for subway cars, adopted as a prototype, contains eight resistive elements of the KF type, which are cylindrical spirals made of fechral tape, wound around a rib on porcelain insulators, mounted on a mounting frame. The ends attached to the ends of the fechral tape are used as current leads for making electrical connections. The ribbed external surface of the porcelain insulator provides reliable fastening of the fechral tape. Inside the porcelain insulator, a channel is made to accommodate a steel holder. At the ends of the steel holder eyes are made for fastening on insulated studs of the mounting frame. The mounting frame is made with the possibility of its suspension under the car. Heat is removed to directly from the current surface of the fechral tape, which interacts with the cooling air.

Достоинством тормозного резистора д.пя вагонов метрополитена, принятого в качестве прототипа, является надежность конструкции и возможность эксплуатации в условиях естественного охлаждения, в том числе при установки под днищем вагона. Недостатком является больщой вес в расчете на один киловатт рассеиваемой мощности (6 н- 8 кГ/кВт) и больщая индуктивность (200 ч- 500 мкГн). Больщой вес обусловлен, в основном, весом спиралей из фехралевой ленты, весом фарфоровых изоляторов и стальных держателей.The advantage of the braking resistor for the fifth metro car, adopted as a prototype, is the reliability of the design and the possibility of operation in conditions of natural cooling, including when installed under the bottom of the car. The disadvantage is the large weight per kilowatt of power dissipation (6 n - 8 kg / kW) and large inductance (200 h - 500 μH). The heavy weight is mainly due to the weight of the spirals made of fechral tape, the weight of porcelain insulators and steel holders.

Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является создание новой разновидности тормозного резистора для вагонов метрополитена, пригодного для установки под днищем вагона, причем в этом тормозном резисторе обеспечивается снижение веса в расчете на один киловатт рассеиваемой мощности и уменьшение индуктивности.The problem to which the claimed utility model is directed is to create a new kind of brake resistor for subway cars, suitable for installation under the bottom of the car, and this brake resistor provides weight reduction per kilowatt of power dissipation and a decrease in inductance.

Сущность заявляемой полезной модели состоит в том, что в тормозном резисторе для вагонов метрополитена, содержащем резистивные элементы, электрически соединенные между собой по определенной схеме и закрепленные на опорах, подвешиваемых на изоляторах под вагоном, так, что обеспечивается возможность естественного охлаждения резистивных элементов, в отличие от прототипа, резистивные элементы выполнены в виде трубчатых электронагревателей, закрепленных на опорах концами своих внешних оболочек, при этом отвод тепла осуществляется непосредственно с поверхностей этих внешних оболочек, находящихся в непосредственном взаимодействии с охлаждающим воздухом.The essence of the claimed utility model consists in the fact that in the braking resistor for subway cars containing resistive elements, electrically connected to each other according to a certain pattern and mounted on supports suspended on insulators under the car, so that the natural cooling of resistive elements is possible, in contrast from the prototype, the resistive elements are made in the form of tubular electric heaters, mounted on supports by the ends of their outer shells, while the heat is removed directly from the surfaces of these outer shells in direct interaction with cooling air.

Сущность заявляемой полезной модели и возможность ее практического осуществления поясняются чертежами, представленными на фиг. 1-3.The essence of the claimed utility model and the possibility of its practical implementation are illustrated by the drawings shown in FIG. 1-3.

На фиг. 1 представлен условный пример эквивалентной электрической схемы заявляемого тормозного резистора для вагонов метрополитена;In FIG. 1 presents a conditional example of an equivalent electrical circuit of the inventive braking resistor for subway cars;

на фиг. 2 - чертеж, поясняющий схематически пример закрепления трубчатых электронагревателей на опорах (фиг. 2а - вид с торцевой стороны в направлении продольных осей трубчатых электронагревателей, фиг. 26 - фра 5мент вида сбоку в направлении, перпендикулярном направлению продольных осей трубчатых электронагревателей);in FIG. 2 is a drawing schematically illustrating an example of fixing tubular electric heaters to supports (Fig. 2a is an end view in the direction of the longitudinal axes of tubular electric heaters, Fig. 26 is a side view fragment 5 in a direction perpendicular to the longitudinal axis of the tubular electric heaters);

на фиг. 3 - чертеж, поясняющий схематически конструкцию трубчатого электронагревателя.in FIG. 3 is a drawing schematically explaining the construction of a tubular electric heater.

Заявляемый тормозной резистор для вагонов метрополитена (фиг. 1 - 3) в рассматриваемом примере выполнения содержит резистивные элементы 1 (li, Ь, ..., IN), сгруппированные по модулям 2 (2i, 22,...2м), где резистивные элементы 1 закреплены на опорах 3 с образованием жесткой конструкции. Резистивные элементы 1 электрически соединены между собой по определенной схеме (например, как показано на фиг. 1)The inventive braking resistor for subway cars (Figs. 1-3) in this example embodiment contains resistive elements 1 (li, b, ..., IN), grouped by modules 2 (2i, 22, ... 2m), where the resistive the elements 1 are fixed to the supports 3 with the formation of a rigid structure. Resistive elements 1 are electrically interconnected according to a certain scheme (for example, as shown in Fig. 1)

и служат для включения в цепь тягового электродвигателя вагона метрополитена при его электродинамическом торможении. Количество резистивных элементов 1 и их параметры (величины сопротивления и рассеиваемой мощности), а также схема соединения в каждом конкретном случае определяются исходя из особенностей конкретного тягового двигателя. Например, тормозной резистор может содержать М 4 модулей 2, а каждый из модулей 2 может содержать N 50 резистивных элементов 1.and serve to be included in the chain of a traction electric motor of a subway car with its electrodynamic braking. The number of resistive elements 1 and their parameters (values of resistance and power dissipation), as well as the connection diagram in each case are determined based on the characteristics of a particular traction motor. For example, a braking resistor may contain M 4 modules 2, and each of the modules 2 may contain N 50 resistive elements 1.

Резистивные элементы 1 выполнены в виде трубчатых электронагревателей, которые закреплены иа опорах 3 концами своих внешних оболочек 4 (фиг. 2). Закрепление трубчатых электронагревателей может осуществляться, например, с помощью фигурных скобок или планок 5. Опоры 3 используются также при подвеске всей конструкции под вагоном. Отвод тепла осуществляется непосредственно с поверхностей внещних оболочек 4, находящихся в непосредственном взаимодействии с охлаждающим воздухом.Resistive elements 1 are made in the form of tubular electric heaters, which are fixed on supports 3 by the ends of their outer shells 4 (Fig. 2). Fastening of tubular electric heaters can be carried out, for example, using curly brackets or straps 5. Supports 3 are also used for suspension of the entire structure under the car. Heat is removed directly from the surfaces of the external shells 4, which are in direct interaction with cooling air.

Конструктивно внешняя оболочка 4 трубчатого электронагревателя (фиг. 3) представляет собой металлическую трубку, изготавливаемую в подавляющем числе практически значимых случаев из нержавеющей стали. Внутри этой трубки, т.е. внутри внешней оболочки 4, расположена проволочная спираль 6, например из нихрома. Внутри оболочка 4 со спиралью 6 заполнена наполнителем 7, например кварцевым песком. Параметры спирали 6 (длина, сечение и материал проволоки), параметры внешней оболочки 4 (длина, наружный и внутренний диаметр) и количество (масса) наполнителя 7 рассчитываются исходя из заданных характеристик трубчатого электронагревателя по току, электрическому сопротивлению и рассеиваемой мощности. С обоих концов внешней оболочки 4 установлены керамические втулки 8, через которые проходят резьбовые стержни 9, соединенные внутри со спиралью 6. Герметизация соединения керамических втулок 8 с внутренней поверхностью внешней оболочки 4Structurally, the outer shell 4 of the tubular electric heater (Fig. 3) is a metal tube made in the vast majority of practically significant cases from stainless steel. Inside this tube, i.e. inside the outer shell 4, there is a wire spiral 6, for example of nichrome. Inside the shell 4 with a spiral 6 is filled with a filler 7, for example quartz sand. The parameters of the spiral 6 (length, cross-section and material of the wire), the parameters of the outer sheath 4 (length, outer and inner diameter) and the amount (mass) of filler 7 are calculated based on the specified characteristics of the tubular electric heater in current, electrical resistance and power dissipation. Ceramic bushings 8 are installed at both ends of the outer shell 4, through which threaded rods 9 are connected internally to the spiral 6. Sealing the connection of the ceramic bushings 8 with the inner surface of the outer shell 4

осуществляется с помощью термостойкого герметика, например силиконового. Для дополнительной защиты от воздействия влаги концы внешней оболочки 4 с керамическими втулками 8 и выступающими наружу резьбовыми стержнями 9 изолируются торцевыми изоляционными муфтами 10. Торцевые изоляционные муфты 10 выполняются, например, из силиконовой резины путем полимеризации при термической обработке в соответствующей литьевой форме. Концы резьбовых стержней 9, выступающие из торцевых изоляционных муфт 10, служат для закрепления токопроводящих шин 11, посредством которых осуществляется электрическое соединение трубчатых электронагревателей. Закрепление шин 11 на резьбовых стержнях 9 осуществляется, например как показано на фиг. 3, с помощью гаек 12.carried out using heat-resistant sealant, for example silicone. For additional protection against moisture, the ends of the outer shell 4 with ceramic sleeves 8 and the threaded rods 9 protruding outward are insulated with end insulating sleeves 10. The end insulating sleeves 10 are made, for example, of silicone rubber by polymerization during heat treatment in the appropriate injection mold. The ends of the threaded rods 9 protruding from the end insulating couplings 10 serve to secure the conductive busbars 11, through which the tubular electric heaters are electrically connected. The fastening of the tires 11 on the threaded rods 9 is carried out, for example, as shown in FIG. 3, using nuts 12.

Модули 2 подвешиваются под вагоном на соответствующих изоляторах (на фигурах не показано), резистивные элементы 1 электрически подсоединяются к соответствующим элементам цепи электродинамического торможения тягового электродвигателя.Modules 2 are suspended under the car on the corresponding insulators (not shown in the figures), resistive elements 1 are electrically connected to the corresponding elements of the electrodynamic braking circuit of the traction motor.

Как показывают расчеты и проведенная экспериментальная проверка, в заявляемом тормозном резисторе, по сравнению с прототипом, обеспечивается существенное (от пяти до десяти раз) снижение веса в расчете на один киловатт рассеиваемой мощности, а также существенное уменьшение индуктивности (до единиц микрогенри на один модуль). При этом, заявляемая конструкция характеризуется предельной простотой реализации.As the calculations and the experimental test show, in the inventive braking resistor, in comparison with the prototype, a significant (five to ten times) weight reduction per kilowatt of power dissipation is provided, as well as a significant decrease in inductance (to microgenry units per module) . Moreover, the claimed design is characterized by extreme ease of implementation.

Рассмотренное показывает, что заявляемая полезная модель осуществима, промышленно применима и решает поставленную техническую задачу по созданию новой разновидности тормозного резистора для вагонов метрополитена, при этом обеспечивается снижение веса в расчете на один киловатт рассеиваемой мощности и уменьшение индуктивности при одновременном упрощение конструкции. Совокупность положительных качеств заявляемого тормозного резистора обуславливает перспективы по его широкому практическому использованию.The above shows that the claimed utility model is feasible, industrially applicable and solves the technical task to create a new kind of braking resistor for subway cars, while reducing weight per kilowatt of power dissipation and reducing inductance while simplifying the design. The combination of positive qualities of the inventive brake resistor determines the prospects for its wide practical use.

Источники информацииSources of information

1.В.К. Калинин. Электровозы и электропоезда. М., Транспорт, 1991.1.V.K. Kalinin. Electric locomotives and electric trains. M., Transport, 1991.

2.А.И. Смирнов, А.Н. Стукалкин. Сопротивления в электрических цепях электровозов. М., Транспорт, 1965.2.A.I. Smirnov, A.N. Stukalkin. Resistances in electric circuits of electric locomotives. M., Transport, 1965.

3.Авторское свидетельство СССР № 660096, кл. Н01 С 3/016, опубл. 30.04.79.3. The author's certificate of the USSR No. 660096, cl. H01 S 3/016, publ. 04/30/79.

4.Авторское свидетельство СССР № 519770, кл. Н01 С 3/10, Н01 С 1/08, В60 L 7/02, опубл. 30.06.76.4. The author's certificate of the USSR No. 519770, cl. Н01 С 3/10, Н01 С 1/08, В60 L 7/02, publ. 06/30/76.

5.Авторское свидетельство СССР № 1532980, кл. Н01 С 3/00, опубл. 30.12.89.5. The author's certificate of the USSR No. 1532980, cl. H01 S 3/00, publ. 12/30/89.

6.Авторское свидетельство СССР № 1188792, кл. Н01 С 3/10, опубл. 30.10.85.6. The author's certificate of the USSR No. 1188792, cl. H01 C 3/10, publ. 10.30.85.

7.Авторское свидетельство СССР № 1327195, кл. Н01 С 3/10, опубл. 30.07.87.7. Copyright certificate of the USSR No. 1327195, cl. H01 C 3/10, publ. 07/30/87.

8.Авторское свидетельство СССР № 1647665, кл. Н01 С 3/00, опубл. 07.05.91.8. The author's certificate of the USSR No. 1647665, cl. H01 S 3/00, publ. 05/07/91.

9.Руководство по эксплуатации вагонов метрополитена моделей 81-714.5 и 81715.5 / Акционерное общество «Метровагонмаш. -М.: Транспорт, 1995.9. Guidelines for the operation of subway cars of models 81-714.5 and 81715.5 / Joint Stock Company “Metrovagonmash. -M .: Transport, 1995.

Claims

A braking resistor for subway cars containing resistive elements electrically connected to each other according to a certain pattern and mounted on supports suspended on insulators under the car, so that it is possible to naturally cool the resistive elements, characterized in that the resistive elements are made in the form of tubular electric heaters, fixed on the supports with the ends of their outer shells, while the heat is removed directly from the surfaces of these outer shells located I am in direct interaction with cooling air.