По мере увеличения скорости тепловоза ток нагрузки уменьшается, а напряжение увеличивается по гиперболической части внешней характеристики генератора так, что поддерживается постоянная мощность дизеля. При определенной скорости наступает ограничение по напряжению. Дальнейшее некоторое увеличение скорости возможно при снижении нагрузки только за счет уменьшения тока при почти постоянном напряжении, что приводит к резкому уменьшению мощности генератора. Для расширения скоростного диапазона при сохранении достаточной тяги применяется ослабление поля возбуждения тяговых двигателей.
Величина магнитного потока прямо пропорциональна магнитодвижущей силе, т.е. току, проходящему по обмотке возбуждения и числу витков в ней. Поэтому, если параллельно обмотке возбуждения тягового электродвигателя подключить резистор, то через нее будет протекать только часть тока якоря и ее магнитный поток уменьшится. Ток в цепи вращающегося якоря электродвигателя зависит от разности приложенного напряжения и противо ЭДС. В свою очередь противо ЭДС прямо пропорциональна магнитному потоку и частоте вращения якоря. Так как скорость локомотива мгновенно измениться не может, то противо ЭДС в данном случае будет уменьшаться прямо пропорционально изменению магнитного потока возбуждения. Напряжение генератора в первый момент после подключения резистора будет значительно превосходить противо ЭДС тяговых электродвигателей, а ток в них и крутящий момент резко возрастут.
Система автоматического регулирования, поддерживающая мощность генератора постоянной, компенсирует возрастание тока уменьшением напряжения. При уменьшении разности между напряжением генератора и противо ЭДС электродвигателей до определенной величины возрастание тока прекратится. Величина шунтирующего резистора рассчитывается так, что новому режиму будет соответствовать точка в нижней части гиперболической внешней характеристики генератора. Это позволяет вновь использовать гиперболическую часть внешней характеристики при уменьшении нагрузки, а значит при увеличении скорости.
При переходе на очередную ступень более ослабленного поля за счет возрастания тока двигателей появляется возможность разгона до более высоких скоростей. Получается, что сколько имеется ступеней ослабления поля (сколько раз ослабляем поле) столько раз происходит возврат к началу внешней характеристики на данной позиции. При отключении ступеней ослабления поля происходит обратный процесс.
Включение ослабления поля возбуждения происходит до начала ограничения мощности на внешней характеристике генератора, и так чтобы не было рывков тепловоза и нежелательных переходных процессов в электрической цепи генератор–электродвигатели, которые могут привести к повреждению электрических машин, аппаратов и механической передачи.
На тепловозе используется автоматическое двухступенчатое ослабление возбуждения тяговых электродвигателей. Они управляют четырьмя контакторами 41КШ1–41КШ4 включения шунтирующих резисторов 24RШ1–24RШ8 (часть каждого резистора между выводами РО и Р1 относится к I ступени ослабления возбуждения, а часть между РО и Р2 ко II ступени).
1-я ступень ослабления поля возбуждения тяговых двигателей включается контакторами 41КШ1 и 41КШ3, катушки которых включаются системой 13МСКУД по жиле 8С:11 кабеля 8С.
2-я ступень ослабления возбуждения тяговых двигателей будет включена при включенной 1 -ой ступени контакторами 41КШ2 и 41КШ4, катушки которых включаются системой 13МСКУД по жиле 8С:12 кабеля 8С.
Контакторы 41КШ1, 41КШ3 главными контактами подключают параллельно обмоткам возбуждения тяговых электродвигателей резисторы 1 -ой ступени ослабления поля. Для примера рассмотрим протекание тока в цепи первого тягового электродвигателя М1: «плюс» 22УВ1, 22101.1 (221А8), з.к. 35КП1 (241А3), шунт 24Ш1, шина 24101, М1, 24103, р.к. переключателя тормоза 36ПТ, шина 24105.1, р.к. реверсора 35ПРв и далее по двум цепям:
- 24111.1, обмотка возбуждения М1, 24113.3;
- 24111.2, 24RШ1:Р0, резистор 24RШ1, 24RШ1:Р1, 24115, з.к.41КШ1, 24113.1;
и далее общая цепь р.к. 35ПРв, шина 24107.1 р.к.36ПТ, 23102.1(221А8), «минус» 22УВ1.
Включение 2 -ой ступени ослабления возбуждения тяговых двигателей и подключение параллельно обмоткам возбуждения резисторов 2 -ой ступени происходит аналогично.
Блокировочные контакты 41КШ1, 41КШ3(414А4) 1-ой ступени и контакты 41КШ2, 41КШ4(414А4) 2-ой ступени дают системе управления сигнал о состоявшемся включении соответствующей ступени ослабления возбуждения ТЭД. Цепь 1-ой ступени ослабления возбуждения: «плюс» на проводе 11303.53(113А4) (после силового контакта 11КСТГ1 или КСТГ2, в зависимости от того к стартер-генератору какой силовой установки подключена цепь зарядки батареи), з.к.11КЗБ, 11340, 11ПРБ1, 11305.1, 11ШЗБ, 11307.1, 11RЗБ, 11207.1, 11РБА:3, 11207.3, К11-207, 11207.11(112А5), 13АСУ(131А2), 13101.20, К13-101, 13101.18(131А7), 13101.18(411А1), выводы з.к.35КП1(411А5) и з.к.35КП8(411А8), 13101.19(411А8), 13101.19(414А2), з.к.41КШ1, 41401, з.к.41КШ3, провод 5С:29 ЖГУТА 5С, вывод Х5:29 системы 13МСКУД.
Цепь з.к. 41КШ2, 41КШ4 аналогична. При уменьшении скорости происходит отключение сначала контактов 41КШ2, 41КШ4 потом 41КШ1, 41КШ3, что приводит к переходу с ослабления возбуждения ТЭД 2-ой ступени, на 1-ю ступень и на полное возбуждение.
Тумблер ослабления поля (возбуждения) 35ТОП (354А6) служит отключателем схемы ослабления возбуждения при появлении неисправностей в силовых цепях и цепях управления ослабления возбуждения.
Переключение ступеней ослабления поля возможно в тяговом режиме при отсутствии режима поддержания скорости, отсутствии боксования колесных пар, на позиции дизеля не ниже третьей и при включенном тумблере 35ТОП на ведущем тепловозе.
Прямые переходы производятся при отношении расчетного тока на один тяговый двигатель к напряжению на выходе выпрямительной установки Itm/Umg менее чем значение константы Kfsf, обратные переходы – при отношении более чем значение константы Kfsb. Порядок включения:
– полное поле (контакторы 41КШ1-41КШ4 отключены)
– первая ступень (включены только 41КШ1, 41КШ3), (414А4)
– вторая ступень (включены КШ1(41K1) и КШ2 (41K2)).
Обратные переходы идут в обратном порядке.
В случае возникновения боксования текущая ступень ослабления поля сохраняется, но переход на следующую ступень во время боксования блокируется.
Между включениями/отключениями контакторов ослабления поля производится задержка 1 с.
В случае несрабатывания контакторов ослабления поля выдается алгоритмическая ошибка и ошибка электрических аппаратов. При этом контакторы ослабления поля отключаются. Повторный переход на ослабление поля возможен только после сброса нагрузки, установки контроллера в позицию 0.