Электрическое оборудование локомотивов и автоматизация локомотивов (доцент Должиков с. Н.)

1) Сравнительный анализ автоматических систем регулирования возбуждения тяговых генераторов тепловозов 2тэ10 и 2тэ116.

Ответ- Элементы автоматического регулирования возбуждения тягового генератора.

Магнитные усилители. Если по катушке со стальным сердечником проходит переменный ток, то в ней преобладает индуктивное сопротивление. Ток, протекающий по катушке, образует в сердечнике магнитный поток. Обычно величина потока определяется по характеристике намагничивания в зависимости от магнитодвижущей силы (м. д. с), равной произведению тока на число витков катушки и выражающейся в амперах. При увеличении м. д. с. поток в сердечнике возрастает вначале пропорционально, затем возрастание его замедляется в результате магнитног" часыщения материала сердечника. При насыщении материала сердечника индуктивное сопротивление катушки значительно уменьшается.

Рассмотрим устройство, представляющее замкнутый стальной сердечник с двумя катушками. Одну из них подключим к источнику напряжения переменного тока. Если в сердечнике создается магнитный поток, недостаточный для его насыщения, то в этом случае индуктивное сопротивление катушки будет значительным, а сила тока в ней - небольшой. Подключим теперь другую катушку к источнику напряжения постоянного тока. Эту катушку, а также протекающий в ней ток и ее м. д. с. назовем подмагничивающими. С увеличением тока подмагничивания сердечник насыщается и индуктивное сопротивление катушки, подключенной к источнику напряжения переменного тока, уменьшается, а ток в ней возрастает. Таким образом с помощью постоянного тока подмагничивания можно управлять значением переменного тока в катушке. Обмотку подмагничивания называют обмоткой управления. Описанное устройство, представляющее собой замкнутый стальной сердечник с двумя катушками (переменного тока и постоянного тока подмагничивания), называется управляемым дросселем. Для дросселя с сердечником из высококачественного магнитного материала, когда ток управления отсутствует, индуктивное сопротивление обмотки переменного тока очень велико, а ток в ней незначителен. С увеличением тока управления среднее значение переменного тока возрастает.

Простейший магнитный усилитель МУ состоит из двух управляемых дросселей (рис. 81, а). Обмотки управления дросселей обычно соединяют последовательно или же вместо двух обмоток применяют одну обмотку ОУ, охватывающую сердечники обоих дросселей. Обмотки переменного тока (рабочие обмотки) ОР1 и ОР2 также соединяют последовательно, включая в их цепь резистор нагрузки СН. Как и в обычном трансформаторе, в управляющих обмотках дросселей наводится переменное напряжение, нарушающее работу МУ. Чтобы избежать его вредного влияния, рабочие обмотки соединяют последовательно таким образом, чтобы наводимые ими э. д. с. были направлены встречно друг другу и взаимно компенсировались.

Рис. 81. Принципиальная электрическая схема магнитного усилителя: ОУ-обмотка управления; ОР1, ОР2- рабочие обмотки; СИ- резистор нагрузки, В-выпрямитель

Рис. 82

На схеме МУ, показанной на рисунке 81,б), через нагрузочный резистор протекает не переменный, а постоянный ток, поскольку резистор включен через выпрямительный мост В. Если включить обмотку возбуждения электрической машины в качестве нагрузки усилителя, то таким усилителем можно регулировать значение тока в ней. Мощность нагрузки усилителя во много раз больше мощности цепи управления. Отношение этих мощностей называется коэффициентом усиления по мощности.

В системе автоматического регулирования возбуждения генератора тепловоза используются магнитные усилители: амплистат АВ-ЗА, трансформаторы постоянного тока ТПТ-21 и ТПТ-22 и трансформатор постоянного напряжения ТПН-ЗА.

Амплистат АВ-ЗА. Высокий коэффициент усиления дает магнитный усилитель, рабочие обмотки которого включены последовательно с выпрямителями Д1—Д4 (рис. 82). При этом ток в рабочих обмотках будет пульсирующим. Положим, что в первый полупериод ток пройдет по выпрямителю ДЗ, резистору нагрузки СН, выпрямителю Д2, обмотке ОР1. Во второй полупериод ток пройдет по обмотке ОР2, выпрямителю Д1, резистору нагрузки СН, выпрямителю Д4. Значение тока можно рассматривать как результат сложения обычного переменного тока с постоянным током определенного значения. Постоянная составляющая тока, протекающая по рабочим обмоткам, подмагничивает усилитель. Таким образом, рабочие обмотки являются одновременно и подмагничивающими, что приводит к значительному увеличению коэффициента усиления. Такой усилитель называется усилителем с внутренней обратной связью, или с самопод- магничиванием. Электрическая схема магнитного усилителя с внутренней обратной связью большего значения (точка Б). Для усилителя без обратной связи в этом случае ток нагрузки (ток выхода) очень мал. При протекании тока по обмотке (обмоткам) управления напряжение выхода и амплистата возрастает до максимального значения (точка В), если результирующая м. д. с. обмоток управления Б (подмагничивания) положительна, и снижается до малого значения (точка А), если результирующая м. д. с. отрицательна.

Рис. 83. Характеристика амплистата АВ-ЗА

В электрической схеме тепловоза магнитный усилитель типа АВ-ЗА предназначен для непосредственного регулирования тока возбуждения возбудителя. Магнитные усилители с внутренней обратной связью называют амплистатами. Амплистат однофазный, кроме рабочих обмоток РО, имеет две подмагни-чивающие обмотки: задания ОЗ и регулировочную ОР; размагничивающую обмотку управления ОУ и стабилизирующую ОС. Нагрузкой рабочих обмоток амплистата является обмотка возбуждения возбудителя. Выходное напряжение амплистата в каждый момент зависит от суммарной магнитодвижущей силы его сердечников, создаваемой взаимодействием магнитных потоков от каждой из обмоток с учетом их направления. Трансформаторы постоянного тока ТПТ-21 и ТПТ-22. Трансформатор постоянного тока (ТПТ), являющийся источником тока, позволяет получить сигнал в систему тепловоза, пропорциональный току одного или двух тяговых электродвигателей. На каждом из двух сердечников (рис. 84) имеется по рабочей обмотке. Рабочие обмотки соединены между собой последовательно встречно, образуя вместе с нагрузкой рабочую цепь, которая питается напряжением переменного тока от распределительного трансформатора ТР. Ток нагрузки выпрямляется мостовым выпрямителем БВ. Управляющей обмоткой служат силовые провода, проходящие через центральное отверстие трансформатора от тягового генератора к тяговым электродвигателям. Индуктивное сопротивление рабочих обмоток изменяется под действием подмагничивания постоянным током тягового генератора. Сердечник намагничивается одновременно постоянным и переменным током. В каждый полупериод переменный поток, создаваемый рабочим током, в одном из сердечников совпадает по направлению с постоянным потоком, а в другом "Имеет обратное направление. Вследствие этого первый сердечник переходит в насыщенное состояние, второй будет ненасыщен. Пока сердечник находится в ненасыщенном состоянии, в нем уравновешиваются м. д. с. управляющей и рабочей обмоток. Быстродействие ТПТ обусловлено тем, что благодаря балансу магнитодвижущих сил в насыщенном сердечнике рабочий ток практически мгновенно следует за измеряемым током тяговых электродвигателей. Пропорциональность выходного сигнала (рабочего тока) ТПТ току тяговых двигателей достигается благодаря действию принципа равенства магнитодвижущих сил первичной обмотки (силовые провода) и вторичной (рабочие обмотки).

Рис. 84. Схема включения трансформатора постоянного тока

Тепловозы 2ТЭ116, начиная с 1991 г., выпускаются с электродинамическим тормозом.

Возбуждение тягового генератора производится однофазным возбудителем переменного тока, который имеет привод от заднего редуктора дизеля. Ток возбуждения тягового генератора регулируется в блоке тиристорных выпрямителей. При изменении угла открытия тиристоров изменяется ток возбуждения тягового генератора. В схеме предусмотрен режим аварийного возбуждения (при отказе элементов основной схемы).Для пуска дизель-генератора применяется стартер-генератор , который в момент пуска, получая питание от аккумуляторной батареи, работает в режиме электродвигателя постоянного тока' с последовательным возбуждением и приводит во вращение вал дизель-генератора через его задний редуктор. После пуска дизеля стартер-генератор работает в генераторном режиме и питает цепи управления тепловоза, освещения, электродвигателя привода тормозного компрессора, зарядки аккумуляторной батареи, электродвигателя вентилятора кузова, отопительно-вентиляционного и топливоподкачивающего агрегатов. Возбудитель и стартер-генератор установлены на корпусе тягового генератора и соединены с задним редуктором дизеля упругими муфтами втулочно-пальцевого типа.

Вырабатываемый тяговым генератором переменный ток выпрямляется установкой , выполненной в виде двух параллельно работающих выпрямительных мостов. Каждый мост питается от одной из "звезд" статорных обмоток тягового генератора. К выпрямительной установке параллельно подключены шесть тяговых электродвигателей, которые через одноступенчатые тяговые редукторы с упругими ведомыми зубчатыми колесами, насаженными на оси колесных пар, приводят в движение тепловоз. Необходимый диапазон скоростей движения тепловоза, при которых используется постоянная мощность дизеля достигается за счет применения автоматического регулирования напряжения генератора и автоматического ослабления возбуждения тяговых электродвигателей. На тепловозе применяются две ступени ослабления возбуждения: 36 и 60 %.