Тормозные характеристики пс
Торможение применяется для остановки поезда и ограничения его скорости на спусках, перед кривыми участками и соответствующими путевыми знаками. По характеру использования тормозной силы различают служебное торможение и экстренное. Служебное торможение применяется в нормальных условиях работы, экстренное – для предупреждения несчастных случаев и аварий. Экстренное торможение обеспечивает максимальное замедление и минимальный тормозной путь, поэтому машинист должен использовать максимальную тормозную силу.
Процесс
торможения определяется тормозными
характеристиками, т.е. зависимостями
тормозной силы поезда от его скорости
В = f(v) или
b(v).
По способу
создания тормозной силы различают
системы механического и электрического
торможения. При механическом
торможении,
тормозная
сила создается в результате сил трения
между соприкасающимися, взаимно
скользящими поверхностями. Наиболее
распространен колесно-колодочный
тормоз. В этом тормозе тормозная сила
создается за счет трения, возникающего
при нажатии тормозной колодки на бандаж
вращающегося колеса. Обозначим силу
нажатия тормозной колодки через К, кН,
а коэффициент трения между колесом и
колодкой –
Тогда
тормозная сила поезда В,
Н, в целом
равна суммарному нажатию
,
кН, всех тормозных колодок с учетом
коэффициента трения
,
последних:
(14)
Коэффициент трения , зависящий от материала трущихся поверхностей, в общем случае уменьшается с увеличением скорости υ движения. Поэтому при постоянном нажатии тормозных колодок тормозная характеристика В(υ) механического тормоза имеет вид падающей кривой (рис. 5). Такой режим благоприятен для остановочного торможения.
Рис. 5. Тормозная характеристика при механическом торможении: В – тормозная сила; v – скорость поезда
При
электрическом
торможении
тяговые двигатели переводятся в
генераторный режим. Момент, который
требуется для вращения генератора,
реализуется на ободе движущего колеса
в виде тормозной силы. Различают
электрическое рекуперативное и реостатное
торможение. При рекуперативном торможении
тяговые двигатели обращаются в генераторы,
при этом вырабатываемая ими энергия
возвращается в тяговую сеть. Эта энергия
может быть использована подвижным
составом, находящимся на линии, или
возвращена в первичную сеть. При установке
накопителя эта энергия рекуперации
может быть передана накопителю и в
дальнейшем использована для тяги.
Рекуперативное торможение применяется
как для торможения на спусках, так и для
остановки подвижного состава. Для
осуществления рекуперативного торможения
при контакторно-реостатном управлении
двигателями необходимо, чтобы сумма
ЭДС тяговых двигателей в генераторном
режиме при последовательном их соединении
была выше напряжения
контактной
сети, т.е.
=
r.
(15)
Ток и скорость поезда при рекуперации соответственно равны
=
.
(16)
Тормозная сила равна
(17)
где
составляющая
тормозной силы, зависящая от механических
и магнитных потерь в двигателе и передаче:
.
(18)
Тормозная
сила В с
увеличением тока рекуперации сначала
возрастает до некоторого максимума
,
а затем вследствие резкого снижения
магнитного потока начинает уменьшаться
и в точке аB = 0. Следовательно, при
скоростях, больших критической скорости
рекуперации (точка b),
соответствующей
(точка
с), рекуперативное
торможение становится механически
неустойчивым (рис. 6).
Рис.
6. Электромеханические характеристики
при рекуперативном торможении:
ЭДС
двигателя при рекуперации; В
– тормозная
сила;
– ток рекуперации;
максимальная
тормозная сила ;
–
критическая скорость рекуперации; а
– точка,
соответствующая минимальному магнитному
потоку; b – точка критической скорости
рекуперации; с
– точка,
соответствующая
На
рис. 7 приведены тормозные характеристики
B = f(v)
при разных
ступенях возбуждения возбудителя.
Характеристики будут иметь ограничения
по максимальной скорости максимальной
;
тормозной силе
;
и коммутации – минимальной степени
ослабления (
)min.
Процесс
рекуперативного торможения при
контакторно-реостатном и импульсном
управлении существенно различается. В
случае контакторно-реостатного управления
рекуперация возможна при независимом
и встречно-смешанном возбуждении тяговой
машины. К тому же ЭДС тяговой машины
должна быть выше напряжения контактной
сети. При импульсном регулировании
рекуперация возможна, если ЭДС меньше
напряжения сети.
Рис.
7. Характеристики рекуперативного
торможения при разных ступенях возбуждения
возбудителя: В
– тормозная
сила;
минимальная скорость;
– конструкционная
скорость; (
)
min – минимальная
степень ослабления поля;
– ток
возбуждения
возбудителя
Рассмотрим
принцип работы импульсного преобразователя
в процессе рекуперативного торможения.
Нагрузочный реактор
обеспечивает
сглаживание в цепи тяговых машин, а
обратный диод V
препятствует протеканию тока из
контактной сети в цепь нагрузки в
промежутках времени, напряжение на
двигателях ниже напряжения сети. Среднее
напряжение
,
В, нагрузки
тягового двигателя, работающего в
генераторном режиме, определяется из
следующего соотношения:
(1-
,
(19)
где
T – период
работы регулятора; u – мгновенное
значение напряжения;
время
включения.
По схеме на рис. 8 рекуперативного торможения ЭДС тяговой машины должна быть меньше напряжения контактной сети. Только при этом условии возможны периодическое накопление энергии в индуктивностях и последующая отдача ее.
Рис.
8. Схема включения импульсного регулятора
при рекуперации: М – двигатель; ОВ –
обмотка возбуждения; К
– регулятор; VDo
– обратный
диод;
– сглаживающий
нагрузочный реактор; Lф
– индуктивность
фильтра;
– напряжение
на токоприемнике;
– напряжение
нагрузки на регуляторе;
– ток двигателя
при рекуперации;
– ток, отдаваемый
в сеть; Сф –
емкость фильтра