7.3. Режим напряжения в системе электроснабжения электрических железных дорог
Изменения напряжения в тяговой сети подразделяются на:
отклонения – это такое изменение напряжения по длительности, когда скорость движения поезда успевает измениться;
колебание – это кратковременное изменение напряжения, при котором поезд не успевает изменить свою скорость, т.к. напряжение быстро восстанавливается.
Рассмотрим влияние изменения напряжения в тяговой сети на работу локомотивов. Следует отметить, что изменение напряжения по-разному влияет на работу локомотивов постоянного и переменного тока. На локомотивах переменного тока установлены трансформаторы и поэтому имеется возможность регулирования напряжения на электровозе.
Скорость движения поездов.
Двигатели постоянного тока, последовательного возбуждения.
V – скорость вращения двигателя;
U – напряжение на зажимах двигателя;
I – ток нагрузки (двигателя);
R – сопротивление обмоток двигателя;
С – постоянный коэффициент для заданного типа двигателя;
Ф – магнитный поток двигателя.
При одной и той же нагрузке, но при различных значениях, подведённого к двигателю напряжения, отношение скоростей будет равно отношению э.д.с..
-
мало (около 80В при 2% потерь), тогда получим
т.е. скорость пропорциональна напряжению в контактной сети.
Сила тяги.
Сила
тяги не зависит от напряжения в контактной
сети. При трогании на один двигатель
подаётся напряжение
100В,
это происходит из-за включения в цепь
пусковых реостатов. Таким образом, если
двигатель рассчитан на работу 1500В, то
на все двигатели подаётся 600–800В.
Необходимо также отметить, что с уменьшением напряжения несколько уменьшается сопротивление двигателя, а значит уменьшается вращающий момент двигателя (ω), следовательно, уменьшается ток двигателя.
Таким образом, при уменьшении напряжения ток двигателя уменьшается.
Рис. №7.2
Пусть
движется поезд при U
(точка а) при V
,I
,
реализуя силу тяги F
.
Напряжение упало с U
до U
(точка б), какое-то время скорость будет
оставаться на том же уровне. Ток I
и сила тяги F
упадут. Если снижение напряжения
сохранится, то произойдёт замедление
поезда (точка в). Если профиль одинаков,
F
достигнет значения F
,
а I
– значения I
,
что будет соответствовать скорости V
.
Если
теперь напряжение восстановилось c
U
до U
(точка г), скорость изменится не сразу,
а сила тяги станет F
,
ток достигнет I
.
Поезд получит ускорение, сила тяги
станет падать и вскоре сила тяги опять
станет F
(поезд будет опять иметь V
и I
)
(точка а).
Нагрев тяговых двигателей.
Нагрев тяговых двигателей зависит от нескольких факторов:
Уменьшение напряжения приводит к уменьшению скорости, снижению тока (незначительно) и к увеличению времени хода поезда по участку, а значит к увеличению времени протекания тока по обмоткам двигателя. Машинист повышает скорость за счёт ослабления поля, это приводит к увеличению тока и температуры в обмотках двигателя, а падение напряжения ведёт к уменьшению температуры нагрева.
В большинстве случаев изменение напряжения не приводит к единственному увеличению нагрева тяговых двигателей. Если же имеется предположение, что отклонение напряжения может иметь существенное значение, то проводятся расчёты с учётом всех конкретных условий.
Вспомогательные цепи электровоза.
При
U
=3000В
U
=50В.
При U =2000В U =48,5В.
Обычно с этим не считаются, ведь на электровозе находятся аккумуляторы и 2 мотор-компрессора.
На электровозах постоянного тока изменение напряжения не влияет на работу вспомогательных цепей, а на электровозах переменного тока можно регулировать отклонение напряжения на трансформаторах.
Рассмотрим теперь колебание напряжения в тяговой сети.
Колебание напряжения негативно сказывается на системе тягового электроснабжения и на электровозе.
При увеличении напряжения ток и сила тяги возрастают, приводя к круговому огню по коллектору, бывали случаи поломки шестерёнок и боксования. Если напряжение уменьшается, то сила тяги падает, а потом возрастает (при резком увеличении напряжения), это может привести к разрыву поезда.
Рассмотрим теперь влияние колебания напряжения на режимы рекуперации.
Ток рекуперации зависит от разницы:
Резкое изменение напряжения в контактной сети U приводит к изменению тока рекуперации; при резком снижении U ток рекуперации резко возрастает и наоборот.