Режимы и характеристики работы тяговых электрических двигателей электровозов




 

Силовые цепи электровозов постоянного и переменного тока (рис.6.1) включают в себя, в общем случае, следующие элементы [3]: токоприемники Т; аппараты защиты (быстродействующий БВ и глав­ный ГВ выключатели); пуско-регулирующую аппаратуру (сопротивле­ния R, контакторы K1-K3, тяговый трансформатор ТТ); тяговые элек­трические двигатели 1-2 с обмотками возбуждения ОВ.

Рис. 6.1. Схемы силовых цепей электровозов

а) электровоз постоянного тока б) электровоз переменного тока

Напряжение,приложенное к силовой цепи от контактной сети, не­изменно и составляет 3 кВ для электровозов постоянного тока и 25 кВ для электровозов переменного тока. Непосредственно на двигатели по­ступает напряжение UД, величину которого можно изменять с помощью пуско-регулирующей аппаратуры.

Будемсчитать, что тяговый двигатель ТЭД прификсированном со­стоянии контакторов К13 работает при постоянном напряжении UД, то есть по естественным характеристикам. Тогда, как следует из уравнений (4.6) и (4.7), величина тока ТЭД IД будет плавно изменяться в зависимости от частоты вращения его якоря nД:

IД = (UД - EД) / RД = (UД - Се ФД nД) / RД, А. (6.1)

При этом с увеличением nД сила тока IД уменьшается и наоборот.

Частота вращения якоря ТЭД nД прямо пропорциональна скорости движения локомотива. Поэтому ток IД, момент на валу ТЭД МЭМ ФД IД и пропорциональная ему сила тяги FКД, создаваемая двигателем, будут уменьшаться с ростом скорости локомотива V.

Зависимости IД=f(V) и FКД=f(V) называют токовой и тяговой ха­рактеристиками ТЭД. Форма этих характеристик для двигателей с по­следовательным возбуждением, работающих при постоянном напряже­нии UД, показана на рис.6.2.

 

 

 

Рис.6.2. Естественные характеристики ТЭД с последовательным возбуждением а) токовая, б) тяговая

Из рис.6.2,б видно, что характер зависимости FКД=f(V) отвечает ос­новным требованиям локомотивной тяги:

> сила тяги FКД, создаваемая двигателем, увеличивается при снижении скорости движения локомотива V и плавно уменьшается по мере ее роста; это обеспечивает преодоление поездом тяжелых подъемов, а также дает возможность разгонять поезд на ровных участках пути и

преодолевать затем подъемы за счет увеличенной кинетической

энергии;

> наибольшие значения силы тяги FКД двигатель создает при скорости

локомотива, близкой к нулю, что соответствует условиям трогания и

разгона поезда.

Поэтому именно двигатели постоянного тока с последовательным возбуждением нашли широкое применение в качестве тяговых электро­двигателей локомотивов.

Несмотря на то, что момент МЭ, и сила тяги FКДдвигателя ав­томатически изменяются в зависимости от скорости V (по естественной характеристике ТЭД), машинисту необходимо регулировать величину силы тяги ТЭД FКД для управления локомотивом и движением поезда. Формула (6.1) показывает, что уровень тока ТЭД IД, а следовательно момента МЭ и силы тяги FКД при прочих равных условиях определяется величиной напряжения UД, подведенного к ТЭД. Поэтому управление силой тяги ТЭД осуществляют регулированием напряжения UД.

Для изменения напряжения ТЭД на электровозах постоянного тока используют перегруппировку или переключение соединения ТЭД [3] (на рис.6.1,а условно показаны два ТЭД, которые с помощью контак­торов К13 могут быть соединены последовательно или параллельно). Перегруппировка позволяет получить на каждом двигателе три значе­ния напряжения UД при отключенных реостатах R (таблица 6.1). Дан­ные значения напряжения UД соответствуют работе электровоза на хо­довых позициях контроллера машиниста - специального устройства для управлением локомотивом. Эти позиции обозначают буквами "С", "СП" и "П".

Таблица 6.1.

Зависимость напряжения на тяговых двигателях электровоза

от схемы их соединения

Напряжение, В при соединении: Электровоз
  6-осный 8-осный
1) последовательном (сериесном) «С»    
2) последовательно-параллельном (сериес-параллельном) «СП»    
3) параллельном «П»    

 

Графики зависимостей силы тока IД и силы тяги FКД ТЭД от скоро­сти V при изменении схемы соединения ТЭД приведены на рис.6.3

 

 

Рис.6.3. Зависимость характеристик двигателей от схемы соединения

а) токовые, б) тяговые

Из формулы (4.1) следует, что при резком увеличении напряжения UД в силовой цени ТЭД возникают броски тока IД. Для ограничения си­лы тока в подобных режимах, которые имеют место при пуске или пе­регруппировке ТЭД, на электровозах используют пуско-регули-ровочные реостаты R (рис.6.1,а). Прохождение тока по сопротивлениям R сопровождается их нагревом и потерями электроэнергии. Поэтому долговременная работа электровоза с включенными сопротивлениями, на так называемых реостатных позициях контроллера машиниста, не допускается. Безреостатные позиции "С", "СП" и "П" используют как ходовые, время работы на которых не ограничивается.

Трех ходовых позиций для обеспечения экономной работы локо­мотива явно недостаточно. Поэтому для расширения регулировочных возможностей электровоза и увеличения числа его ходовых позиций используют ослабление возбуждения ТЭД.

Ослаблением возбуждения называют уменьшение магнитного по­тока двигателя Фд за счет снижения тока возбуждения IВ по отношению к току якоря IД. Степень изменения магнитного потока ТЭД оценивают коэффициентом ослабления возбуждения

α = IВ / IД (6.2)

Ослабление возбуждения осуществляют включением в силовую цепь электровоза сопротивления Rш (рис.6.4). Индекс "ш" указывает на то, что сопротивление подключается параллельно обмотке возбуждения ОВ, то есть шунтирует ее.

При шунтировании обмотки возбуждения ТЭД ток в якоре IД воз­растет (согласно формуле (6.1) IД =(UДеФДnД)/Rд) вследствие умень­шения магнитного потока Фд и суммарного сопротивления RД. Причем ток IД увеличится до такого значения, при котором магнитный поток ФД восстановится практически до прежнего уровня. Поэтому фактически увеличение силы тока IД и силы тяги FКД ТЭД осуществляется не снижением магнитного потока, а уменьшением суммарного сопротивления якорной цепи RД [3].

Рис.6.4. Схема ослабления возбуждения тягового электродвигателя

На отечественных электровозах постоянного тока применяют от двух до четырех ступеней ослабленного возбуждения. Ослабление воз­буждения машинист может использовать при последовательном, после­довательно-параллельном и параллельном соединениях ТЭД. Таким об­разом, если применяются две ступени ослабления возбуждения ОП1 - ОП2, то тяговый двигатель имеет 9 ходовых позиций регулирования си­лы тяги FКД, (рис.6,5).

Рис.6.5. Характеристики тягового двигателя электровоза постоянного тока находовых позициях контроллера машиниста

а) токовые, б) тяговые

 

На электровозах переменного тока регулирование силы тяги FКД ТЭД осуществляют как и на электровозах постоянного тока - измене­нием напряжения па двигателе UД. За счет наличия тягового транс­форматора ТТ и контакторов, которые на рис.6.1,6 условно обозначены K1 - K3, здесь имеется возможность получить большое число ступеней

регулирования напряжения UД. Поэтому необходимость использования пусковых сопротивлений и перегруппировки ТЭД отпадает.

Отечественные электровозы переменного тока имеют по 33 пози­ции регулирования напряжения, девять из которых считаются ходовы­ми (на этих позициях электровоз работает с более высоким к.п.д.). По­скольку пусковые сопротивления в цепи двигателей отсутствуют, в принципе длительная работа ТЭД допускается на всех позициях [6].

Кроме позиций регулирования напряжения на электровозах пере­менного тока предусмотрены также позиции ослабленного возбуждения (обычно три ступени шунтирования обмотки возбуждения на 33-й по­зиции контроллера машиниста).

Таким образом, особенности работы ТЭД на электровозах заклю­чаются в следующем:

1. на ходовых позициях контроллера машиниста ТЭД работает при по­стоянном (или близком к нему) напряжении по естественной харак­теристике (рис.6.2); при этом с увеличением скорости локомотива V мощность двигателя РД=UДIД снижается вследствие уменьшения тока якоря;

2. регулирование силы тяги FКД ТЭД осуществляется машинистом за счет изменения напряжения ид и степени ослабления магнитного потока Фд;

3. при повышении напряжения на двигателе либо ослаблении его воз­буждения мощность ТЭД РД=UДIД увеличивается.

На тепловозах, оборудованных собственным источником энергии для движения (дизелем), тяговые электродвигатели работают в другом режиме по иным характеристикам.

 



Поделиться:




Поиск по сайту

©2015-2024 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2021-12-15 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту: