III. Токоприемники

Токоприемники бывают штанговые, дуговые и пантографные. На угольных и железорудных шахтах применяют главным образом дуговые токоприемники. Их подъем и опускание осуществляют ручным или пневматическим приводами. Более перспективен токоприемник не с шарнирным, а с гибким основанием. Для уменьшения искрообразования устанавливают два токоприемника. Ведутся работы по исключению искрообразования за счет применения систем, измеряющих сопротивление в контакте токоприемника с приводом и отключающих электровоз до отрыва токоприемника от провода.

19.4. Управление электровозами

І. Задачи и системы управления

Управление электровозом заключается в пуске в ход, регулировании скорости, торможении поезда и его остановке, изменении направления движения.

Системы управления классифицируют: по средствам управления – реостатная, с секционированием тяговой батарея, тиристорно-импульсная; по способу коммутации силовых цепей – с непосредственным и косвенным управлением. В первом случае используют силовой контроллер, во втором командоконтроллер (контроллер управления). Силовой контроллер осуществляет переключения в силовых цепях, т. е. через него проходит полный ток нагрузки. Командоконтроллер осуществляет переключения в цепях управления контакторами, т. е. через него проходит небольшой ток управления. Непосредственное управление применяют для электровозов небольшой мощности, так как в этом случае контроллер получается приемлемых размеров, а вся схема управления – простой и надежной в работе. Для мощных электровозов применяют косвенную систему, при которой контроллер имеет небольшие размеры и легок в управлении, возможно управление с одного поста двумя электровозами при двойной тяге (управление по системе многих единиц); по методу управления – местное (с электровоза), дистанционное (с вынесенного поста управления, которым пользуются эпизодически, например, на конечных пунктах откатки) и автоматическое управление и связь с элементами комплекса откатки с помощью средств, находящихся вне электровоза или же автоматическое управление с электровоза внешними объектами, например, стрелочными переводами.

II. Реостатная система управления (рсу)

Для ограничения пускового тока последовательно с тяговыми двигателями включают реостат, сопротивление которого снижают по мере разгона двигателя. При двух или более двигателях применяют группировку (рис. 19.8, а), т. е. пуск осуществляют сначала при последовательном соединении двигателей, а затем переходят на параллельное или смешанное соединение. Для изменения направления движения изменяют направление тока в обмотках якоря или главных полюсов. Скорость вращения двигателя

, (19.3)

г

Рис. 19.8. Схемы группировки двигателей электровоза для регулирования скорости его движения:

а – при двух двигателях; б – при четырех двигателях; – пусковой реостат;

– двигатели

де – ток двигателя; , – сопротивление обмоток якорей двигателя и реостата; – магнитный поток; – постоянная.

Как видно из (19.3), скорость движения можно регулировать изменением , , . Регулирование реостатом невыгодно из-за больших потерь, поэтому на электровозах устанавливают не регулировочные, а пусковые реостаты, рассчитанные на кратковременное включение. Регулирование производят или группировкой двигателей, т. е. изменением , или ослаблением магнитного поля .

На электровозах с двумя тяговыми двигателями возможны последовательное и параллельное соединения (рис. 19.8, а). При последовательном соединении скорость при одном и том же значении тока якоря примерно равна половинному значению скорости при параллельном соединении. На электровозах с четырьмя двигателями можно получить три соединения: последовательное, последовательно-параллельное и параллельное (рис. 19.8, б).

Регулирование скорости изменением магнитного потока осуществляют ослаблением поля, что, как следует из (19.3), ведет к повышению скорости. Коэффициент ослабления поля

, (19.4)

где – ампервитки обмотки возбуждения при ослабленном поле; – то же при полном поле.

Рассмотренные два способа регулирования скорости имеют ограниченные возможности по глубине регулирования, поэтому нередко применяют комбинированный способ – изменение группировки двигателей и ослабление поля. На электромеханической характеристике каждой ходовой ступени скорости, а также каждой ступени ослабления поля соответствует отдельная кривая.

На электровозах применяют электрическое торможение: генераторное и противовключением (противотоком). Генераторное торможение возможно с работой двигателей на реостат (реостатное, или динамическое, торможение) или с отдачей энергии в сеть (рекуперативное торможение). На шахтных электровозах применяют только реостатное торможение, при котором тяговые двигатели, отключенные от сети, переходят на генераторный режим и расходуют энергию на нагрев реостата (рис. 19.9, б). Торможение может осуществляться при последовательном самовозбуждении (наиболее распространенный способ), при независимом и при смешанном возбуждении тяговых двигателей. При последовательном самовозбуждении переход тягового двигателя с двигательного (рис. 19.9, а) на генераторный режим после отключения его от сети (рис. 19.9, б) происходит благодаря полю остаточного магнетизма. Чтобы не размагнитить двигатель, ток в обмотке возбуждения должен сохранить первоначальное направление, для чего производят переключение концов обмотки возбуждения. При этом в генераторном режиме ток якоря меняет направление.

При параллельной работе двух двигателей на реостат возможно появление уравнительных токов, т. е. один из двигателей работает как генератор, а другой – как двигатель. Чтобы этого не было, применяют перекрестную схему соединения (рис. 19.9, в) или же более совершенную перекрестно-петлевую схему (рис. 19.9, г).

В процессе реостатного торможения по мере снижения скорости движения постепенно выводят ступени реостата, поддерживая примерно постоянный тормозной ток. При малой скорости даже при полностью выведенном тормозном сопротивлении практически исчезает э. д. с. двигателя, а вместе с ней и тормозная сила. Окончательная остановка поезда или удержание его на спуске должны осуществляться колодочными тормозами.

Т

Рис. 19.9. Схемы включения двигателей электровоза:

а – в двигательном режиме; б, в, г – в режиме реостатного торможения

орможение противовключением осуществляется постановкой реверсивной рукоятки в положение «назад» при движении электровоза «вперед» (колеса могут иногда действительно вращаться «назад»). Торможение сопровождается броском тока, величина которого зависит от напряжения на зажимах двигателей и от силы сцепления колес с рельсами. Торможение противовключением на угольных шахтах весьма эффективно и не столь опасно, как это обычно считают. Этим методом можно пользоваться, соблюдая меры предосторожности: только на первых реостатных позициях при последовательно соединенных двигателях, в случае, когда коэффициент сцепления мал, например, при откатке контактными электровозами на угольных шахтах с загрязненными рельсами. Применение этого вида торможения на аккумуляторных и контактных электровозах на рудных шахтах недопустимо. Инструкциями по эксплуатации разрешается торможение противовключением только в экстренных случаях.