28. Электрическая передача мощности; разновидности, устройство, размещение на тепловозе.

Передачей мощности в локомотиве называется комплекс уст­ройств, передающий мощность от двигателя к движущим колесам с переменным передаточным отношением.

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

В передаче возможно использование четырех видов регуляторов: регулятор теплового двигателя РД; регулятор возбуждения генератора РГ, включающий управляемый выпрямитель; регуляторы преобразователей РП и регуляторы тяговых электродвигателей РТЭД. Питание обмотки возбуждения ТГ осуществляется специальной электрической машиной — возбудителем В или вспомогательным генератором ВГ.

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).

Если в передаче осуществляется только управление возбуждения тягового генератора, то скоростной диапазон передачи определяется диапазоном изменения его напряжения. Магнитный поток главных полюсов тяговых электродвигателей из­меняют путем шунтирования их обмоток возбуждения цепями с резис­торами. Для тепловозных электрических передач мощности характер­но двухступенчатое ослабление магнитного поля тягового электродвигателя, а для электроподвижного состава возможно и боль­шее число ступеней. Этот способ регулирования в электрической пере­даче экономичен и более целесообразен, так как повышение скорости движения локомотива здесь связано только с уменьшением магнитного потока электродвигателей.

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 (рис. 1.9) 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. Если для гене­ратора постоянного тока окружная ско­рость якоря не превы­шает 70 м/с, то для синхронного генера-тора она допускается 180 м/с и в некоторых случаях — до 200 м/с.

Наиболее перспективно применение такой передачи в газотурбово­зах.

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. По габаритам и массе он занимает промежуточное поло­жение между двигателем постоянного тока и короткозамкнутым асин­хронным двигателем, но при мощности более 500 кВт он мало отлича­ется по этим параметрам от асинхронного.

Вентильным двигатель - машина, выполненная кон­структивно как синхронная, но работающая в режимах, близких к режимам работы электродвигателя постоянного тока с заменой коллектора полупроводниковым коммутатором. Регулирование частоты вращения ротора возможно изменением величины подводи­мого к двигателю напряжения, изменением магнитного потока дви­гателя, а также воздействием на полупроводниковый преобразова­тель, используемый в качестве коммутатора.

В передачах мощности переменно-переменного тока тепловозов воз­можны различные комбинации в совместном применении синхронных генераторов с асинхронными, вентильными или синхронными тяговы­ми электродвигателями.

Размещение на тепловозе

Преимущества электрической передачи возрастают с увеличением но­минальной мощности, так как при этом уменьшается вес и стоимость передачи на единицу мощности и увеличивается ее КПД.

Весьма важно, чтобы обору­дование и передача занимали возможно меньше пространства для увеличения использования площади использования ре­монтной техники и имели наименьшую массу