13. Расчет ступеней пускового реостата для одной группировки тяговых двигателей.

Для поддержания постоянства пускового тока необходимо с ростом скорости непрерывно уменьшать величину R_п. сопротивление пускового реостата. Осуществить плавное изменение сопротивления трудно и поэтому практически применяют ступенчатое изменение пускового сопротивления путем переключений его отдельных секций.

Ступени пускового реостата рассчитывают исходя из наибольшего допустимого тока тяговых двигателей. Ток, при котором выключается очередная секция пускового реостата, определяют исходя из так называемого коэффициента неравномерности пускового тока, который в свою очередь зависит от заданного ускорения. Таким образом, пусковой ток не постоянен, а колеблется в пределах от максимального I_max до минимального I_min значения. Коэффициентом неравномерности пуска по току ( ) - коэффициент характеризующий диапазон разброса значений токов при ступенчатом регулировании пуска двигателя.

При этом ток I_min определяется по формуле:

,

где =0,08 – коэффициент неравномерности пуску по току

При постоянном значении токов I_max и I_min изменение сопротивлений Rп пускового реостата линейно зависит от скорости разгона э. п. с.

Сопротивление для разных группировок тяговых двигателей рассчитывается по следующим формулам:

;

;

; ;

где – сопротивление обмоток двигателя, Ом.

=

По полученным данным строят пусковую диаграмму. Ординаты A, C, P, T определяют по характеристикам v_п=f(I_д) и v_с=f(I_д) при токах I_max и I_min. Ступени пускового реостата для первой группировки тяговых двигателей определяют построением линии C-22-21-20-19-18-17-16 на вертикальных и горизонтальных отрезков, заключенной между ограничивающими линиями АВ и CD. НА последовательном соединении тяговых двигателей обе группы пусковых реостатов соединяют последовательно. Количество последователно соединенных двигателей при этом увеличиться в два раза. Поэтому сопротивление, приходящееся на два тяговых двигателя будет равным отрезку LO. При включении контактора 1 закорачивают часть пускового реостата, что в расчете на два тяговых двигателя составляет величину (16-17)/2. Аналогично строят и другие ступени. (Приложение Б)

В результате построения пусковой диаграммы мы получили 22 разгонных ступеней пускового реостата. На последовательном соединении 15, на параллельном 7.

14. Ослабление поля тяговых двигателей. Выключение части витков обмотки возбуждения. Шунтирование обмотки возбуждения активным сопротивлением.

Регулировать частоту вращения тяговых двигателей при неизменном подводимом напряжении можно, изменяя магнитный поток возбуждения тяговых двигателей.

В двигателях последовательного возбуждения, у которых ток якоря проходит и по обмотке возбуждения, возможно только уменьшать магнитный поток, что принято называть ослаблением возбуждения двигателей. В этом случае при той же частоте вращения увеличивается ток якоря, а следовательно, и мощность, потребляемая из контактной сети. Ослабление возбуждения осуществляют двумя способами: отключением части витков обмотки возбуждения (рис. 41, а) и включением параллельно ей регулируемого резистора (рис. 41, б)

Первый способ, ввиду того что усложняется конструкция тяговых двигателей, не нашел применения на электровозах. Для осуществления его необходимо вывести дополнительные провода от обмотки возбуждения и обязательно отключить от нее часть витков, а не шунтировать их. Если этого не сделать, в шунтированных витках при изменении тока будет наводиться э. д. с, препятствующая изменению основного тока возбуждения. Поэтому включая контактор 2 (см. рис. 41, а), отключают контактор 1.

На электровозах включают резистор параллельно обмотке возбуждения. При этом сравнительно просто получить несколько ступеней ослабленного возбуждения, изменяя сопротивление шунтирующего резистора, для чего его разбивают на несколько секций. Включают и отключают секции таких резисторов, как и пусковых, индивидуальными контакторами. При включении контактора 1 (см. рис. 41, б) параллельно обмотке возбуждения в цепь вводится полностью весь резистор. Замкнув контактор 2, а затем при необходимости контактор 3, ступенями уменьшают сопротивление резистора.

На отечественных электровозах применяют от двух до четырех ступеней ослабленного возбуждения. Осуществлять ослабление возбуждения машинист может при последовательном, последовательно-параллельном и параллельном соединениях двигателей. Таким образом, при трех ходовых характеристиках с полным возбуждением (ПВ) и четырех ступенях ослабления возбуждения (OBI, OB2, ОВЗ, ОВ4) электровоз имеет 15 ходовых безреостатных позиций. Для каждой ходовой позиции строится своя тяговая характеристика. Так, на рис. 42 показаны в качестве примера тяговые характеристики электровоза ВЛ10, соответствующие 15 ходовым позициям при напряжении в контактной сети 3000 В

Развиваемая сила тяги электровоза ограничивается прежде всего сцеплением колес с рельсами. Проектируя и изготовляя локомотив, устанавливают так называемую конструкционную скорость электровоза, т. е. максимальную скорость, при которой не нарушается его нормальная работа. Для электровоза ВЛ10 конструкционная скорость равна 100 км/ч. Поэтому на тяговых характеристиках электровоза нанесено ограничение по скорости 100 км/ч при параллельном соединении.

Как видно из рис. 41, б, последовательно с резистором включен так называемый индуктивный шунт ИШ. Необходимость его применения вызывается следующим. Кратковременно контактная сеть может быть отключена от тяговой подстанции; возможны также кратковременные отрывы токоприемника от контактного провода, после чего тяговые двигатели вновь включаются на полное напряжение. Ток в якорях двигателей при этом резко нарастает. Однако обмотки возбуждения двигателей обладают большим индуктивным сопротивлением, и поэтому большая часть тока идет через резистор, а меньшая — через обмотки возбуждения. Из-за этого увеличение магнитного потока и э. д. с. в обмотке якоря происходит со значительным запаздыванием относительно увеличения тока, поэтому под действием реакции якоря в сильной степени искажается магнитное поле возбуждения. В результате этого возникнет искрение под щетками, которое может перейти в круговой огонь.

Чтобы обеспечить заданное распределение тока между обмотками возбуждения и резисторами, применяют индуктивные шунты, обладающие индуктивным сопротивлением, соизмеримым с индуктивным сопротивлением обмотки возбуждения.

При введении активного сопротивления в цепь якоря, скорость вращения снижается, и при достаточно больших значениях добавочного сопротивления можно получить точку короткого замыкания.

Рассмотрим изменение скорости изменением магнитного потока.

Для того чтобы изменить ток в обмотке возбуждения не изменяя других параметров двигателя, используются специальные схемные решения – шунтирование обмотки возбуждения двигателя активным сопротивлением Rш.

Iа = Iв + Iш

Чем меньше шунтируемое сопротивление, тем меньше ток возбуждения.

15. Пуск и регулирование скорости ЭПС переменного тока.

На локомотивах регулирование скорости осуществляется с помощью контроллера машиниста. [ЖДТЭ] Контроллер машиниста - электрический аппарат, служащий на электроподвижном составе для управления работой ТЭД в тяговом и тормозном режимах, на тепловозах - для изменения реализуемой мощности дизеля.

А) Регулирование скорости электроподвижного состава достигается за счет изменения подводимого напряжения (силы) тока к ТЭД. В зависимости от вида применяемых ТЭД и устройств, включенных в цепь питания ТЭД, возможно ступенчатое и плавное регулирование напряжения тока, а, следовательно, и скорости движения локомотива. Пусковые реостаты, изменение числа последовательно соединенных двигателей, шунтирующие резисторы и трансформаторы позволяют менять напряжение ступенчато. Полупроводниковые приборы (тиристорные ключи, выпрямительные установки тиристорного типа, преобразователи частоты и числа фаз, автономные инверторы) совместно с нагрузочными и сглаживающими реакторами позволяют плавно регулировать напряжение.

[ПСОТП, ОТП] В системах ступенчатого регулирования скорости (напряжения) предусмотрены пусковые и ходовые позиции (ступени).

Пусковые ступени используют кратковременно при трогании и наборе скорости локомотивом, а также при переходе с одной ходовой позиции (соединения ТЭД для электровозов постоянного тока) на другую во избежание больших бросков тока. В последнем случае эти ступени называют переходными. Кроме этого несколько первых пусковых позиций, когда ток Iд меньше некоторой определенной величины Iдп.min, называют маневровыми. Кратковременность использования пусковых ступеней вызвана:

- для ЭПС постоянного тока значительными потерями энергии в пусковом реостате (электрическая энергия преобразуется в тепловую и рассеивается);

- для ЭПС переменного тока значительными потерями энергии в трансформаторах и сглаживающих реакторах, а также увеличением пульсации тока.

Ходовые ступени (ступени длительного режима) применяются при ведении локомотива по участку и являются более экономичными по сравнению с пусковыми. На электровозах постоянного тока ходовыми являются безреостатные ступени и ступени ослабленного возбуждения при различных соединениях ТЭД. На электровозах переменного тока ходовыми являются ступени регулирования напряжения в трансформаторе и ступени ослабленного возбуждения для последней ходовой позиции.

В общем случае, набор скорости за счет переключения позиций на ЭПС постоянного тока выглядит следующим образом:

- включают последовательное соединение ТЭД:

o трогание с места начинают с полностью включенным пусковым реостатом - используется первая маневровая позиция;

o ступенчато выводят (выключают) реостат до достижения величины тока двигателя Iдп.min - используются следующие маневровые позиции;

o продолжают ступенчато выводить реостат до полного его отключения - используются пусковые позиции;

o используют первую ходовую позицию при полном возбуждении полюсов статора С-ПП;

o ступенчато выводят шунтирующий резистор для ослабления возбуждения полюсов статора - используется следующие ходовые позиции при различных ступенях возбуждении полюсов статора С-ОП1, ..., С-ОПN;

- выполняют переход на последовательно-параллельное соединение ТЭД:

o включают пусковой реостат и ступенчато его выводят до полного отключения - используются переходные пусковые позиции;

o используют ходовую позицию при полном возбуждении полюсов статора СП-ПП;

o ступенчато выводят шунтирующий резистор для ослабления возбуждения полюсов статора - используется следующие ходовые позиции при различных ступенях возбуждении полюсов статора СП-ОП1, ..., СП-ОПN;

- выполняют переход на параллельное соединение ТЭД:

o включают пусковой реостат и ступенчато его выводят до полного отключения - используются переходные пусковые позиции;

o используют ходовую позицию при полном возбуждении полюсов статора П-ПП;

o ступенчато выводят шунтирующий резистор для ослабления возбуждения полюсов статора - используется следующие ходовые позиции при различных ступенях возбуждении полюсов статора П-ОП1, ..., П-ОПN.

Набор скорости за счет переключения позиций на ЭПС переменного тока выполняется последовательным ступенчатым изменением напряжения с помощью трансформатора. При этом, как правило, одна ходовая позиция чередуется с одной или несколькими промежуточными пусковыми (переходными) позициями. После достижения максимального допустимого напряжения (максимальной ходовой позиции с нормальным возбуждением) скорость движения увеличивают ослаблением возбуждения (ступенчато выводят шунтирующий резистор).

В системах плавного регулирования скорости (напряжения) предусмотрены зоны ступенчатого изменения напряжения. Переключение между зонами выполняется:

- на ЭПС постоянного тока за счет изменения числа последовательно соединенных двигателей (например, на электровозе 2ЭС6 - С, СП и П);

- на ЭПС переменного тока за счет переключения ступеней напряжения трансформатора (например, на электровозах ЭП1 и 2ЭС5К - 1, 2, 3 и 4 зоны).

В пределах каждой зоны за счет полупроводниковых приборов выполняется плавное автоматическое или ручное регулирование напряжения. [wiki] Например, на электровозе ЭП1 микропроцессорная система управления и диагностики (МСУД) управляет выпрямительно-инверторными преобразователями (ВИП), питающими ТЭД, и позволяет управлять электровозом в четырех режимах:

В дополнение к плавному регулированию напряжения на ЭПС переменного тока для реализации повышенной силы тяги и, соответственно, большей скорости при достижении наибольшего напряжения (последней зоны) возможно ступенчатое регулирование за счет ослабления возбуждения обмоток статора. В частности на электровозах ЭП1 и 2ЭС5К для 4 зоны имеется 3 ступени ослабления возбуждения.

На этом ЭПС регулирование скорости осуществляют изменением приложенного к тяговым двигателям напряжения, а также возбуждения двигателей. Напряжение на вторичной стороне трансформатора регулируют ступенями, изменяя коэффициент трансформации путем переключения секций обмоток.

Возможно плавное регулирование напряжения, приложенного к тяговым двигателям. Для этого в выпрямительной установке вместо диодов используют тиристоры. Однако при плавном регулировании уменьшается коэффициент мощности выпрямительной установки, повышается пульсация выпрямленного тока и усиливается влияние контактной сети на линии связи. Поэтому плавное регулирование-применяется не во всем диапазоне изменения напряжения, а лишь в пределах ступеней напряжения которые соответствуют значениям коэффициента трансформации.

Возможно также регулировать напряжение на первичной стороне трансформатора.