25.Краткий исторический обзор электрических передач, современное состояние, перспективы развития.

Электрическая передача мощности.

Наибольшее распространение на магистральных локомотивах железных дорог всего мира получила электрическая передача. Первые тепловозы российских железных до­рог Щ^эл—1, Э^эл—2 и последующие выпуски Коломенского тепловозо-строительного завода серии Э^эл и О^эл были с электрическими переда­чами мощности.

Э лектрическая передача мощности содержит тяговый генератор ТГ, полупроводниковые преобразователи П и тяговые элек­тродвигатели ТЭД. Каждый электродвигатель соединен посредством зубчатой передачи с колесной парой (индивидуальный привод) или с двумя-тремя колесными парами (групповой привод). Вал генератора ТГ соединяется непосредственно с валом теплового двигателя ТД.

Функциональная блок-схема цепи тепловоза с эл передачей

Электрическая передача мощности постоянного тока.

Главное достоинство передачи постоянного тока перед другими — получение тяговой характеристики локомотива близкой к идеальной (гиперболичес­кого вида) при простоте электрической схемы и ее управления. (Тепловозы: ТЭЗ, ТЭП60, 2ТЭ10Л, М62, ТЭМ2).

Преимущества передачи постоянно­го тока:

отсутствие кинематической связи вала теплового двигателя с движущими колесами локомотива; возможность плав­ного регулирования силы тяги и скорости локомотива во всем за­данном рабочем диапазоне; высокое значение КПД передачи и теп­лового двигателя во всем рабочем диапазоне; высокая степень использования мощности теплового дви­гателя во всем рабочем диапазоне; отсутствие муфт сцепления и про­межуточных зубчатых редукторов; возможность осуществления элек­тродинамического торможения; высокие долговечность и надежность; достаточная свобода в размещении силового и вспомо­гательного оборудования при конструировании локомотива.

Недостатки:

более высокую стоимость передачи по сравнению с механи­ческой и гидравлической; значительный расход цветных металлов и изоляционных материалов на изготовление; многократные настроеч­ные (реостатные) испытания в процессе эксплуатации; снижение на­дежности и КПД передачи в целом от ухудшения климатических усло­вий эксплуатации; достаточно большой вес электрических машин и передачи в целом; необходимость тщательного ухода за коллекторно-щеточным узлом электрических машин.

Электрическая передача постоянного тока для тягового подвиж­ного железнодорожного состава охватывает диапазон мощности от 220 до 4400 кВт. Отдельные локомотивы строятся или проектиру­ются на большие мощности. При мощности более 1470 кВт в агре­гате применяется исключительно электрическая передача.

Эл. Передача мощности переменно-постоянного тока.

На тепловозах с передачей мощности переменно-постоянного тока применяются тяговые электродвигатели постоянного тока с последова­тельным возбуждением и ступенчатым ослаблением магнитного пото­ка возбуждения.

В тепловозной передаче мощности переменно-постоянного тока применены синхронный трехфазный генератор СГ с возбудите­лем В и полупроводниковый кремниевый выпрямитель ВУ с интенсив­ным охлаждением. Синхронные генераторы имеют массу на единицу мощ­ности почти в 2 раза меньше, чем генераторы постоянного тока при той же мощности и частоте вращения вала дизеля. Имеются реальные возможно­сти для снижения массы и размеров выпрямительных установок.

Основное преимущество синхронного генератора перед генерато­ром постоянного тока заключается в отсутствии коллектора, что повышает надежность его работы и позволяет существенно повы­сить окружную ско­рость на поверхности ротора. На сегодняшний день передача переменно-пост. Тока имеет самое широкое распространение на всем постсоветском пространстве и странах СНГ

Эл. передача мощности переменно-переменного тока.

Дальнейшее развитие электрической передачи мощности локомотива — это применение передачи мощности переменно-переменного тока — переход на тяговые асинхронные электродвигатели как тепловозов, так и электровозов.

Основными видами бесколлекторных электродвигателей являются асинхронный, синхронный и вентильный двигатели. Короткозамкну-тый асинхронный тяговый электродвигатель прост по конструкции и имеет наименьшие габариты и массу. При одинаковом вращающем мо­менте и мощности масса асинхронного электродвигателя на 25—30% меньше, чем электродвигателя постоянного тока.

Синхронный электрический двигатель по конструкции сложнее ко-роткозамкнутого асинхронного в связи с наличием полюсов и обмоток возбуждения. В передачах мощности переменно-переменного тока тепловозов воз­можны различные комбинации в совместном применении синхронных генераторов с асинхронными, вентильными или синхронными тяговы­ми электродвигателями. В передачах мощности переменно-переменного тока тепловозов воз­можны различные комбинации в совместном применении синхронных генераторов с асинхронными, вентильными или синхронными тяговы­ми электродвигателями.

В дальнейшем на тепловозах должна найти при­менение электрическая передача на переменном токе, которая уже широко применяется за рубежом практически на всем подвижном составе, включая электровозы, тепловозы и моторвагонный подвиж­ной состав. Оценить технико-экономические показатели локомоти­вов с передачей мощности на переменном токе применительно к ус­ловиям эксплуатации нашей страны в настоящее время полностью невозможно из-за недостаточного числа отечественных опытных теп­ловозов. Мощность макетных тепловозов с электрической переда­чей переменного тока охватывает диапазон от 110 до 2950 кВт. В раз­ные годы были изготовлены макетные тепловозы с электрическими машинами переменного тока на базе механического оборудования тепловозов ТГК2 мощностью 110 кВт (синхронный генератор с пе­реключением полюсов и двухскоростные асинхронные электродви­гатели) и ВМЭ мощностью 400 кВт (выпрямитель, инверторы и асин­хронные электродвигатели). В 1973 г. был изготовлен один экспериментальный тепловоз ТЭ120 мощностью 2950 кВт.