
- •3. Характеристики и регулирование напряжения тяговых генераторов
- •3.1. Совместная работа дизеля и генератора
- •3.2. Внешняя характеристика тягового генератора и её ограничения
- •3.3. Способ получения заданной внешней характеристики тягового генератора. Возбудители
- •3.3.1. Возбудитель с продольно – расщепленными полюсами
- •3.3.2. Возбудитель с радиальным расщеплением полюсов (тэ3, тэ7 и некоторые зарубежные)
- •Понятие о схемах соединения тяговых электрических машин тепловозов
- •3.4.1. Зависимость вида схемы передачи от мощности тепловоза и характера его работы. Выбор схемы соединения тг с тэд
- •3.4.2. Постоянная схема соединения тэд без ослабления возбуждения
- •3.4.3. Постоянная схема соединения тэд с ослаблением возбуждения
- •3.5. Определение основных параметров электропередачи
- •3.6. Определение режимов максимальной и минимальной нагрузок тягового генератора и тягового электродвигателя
- •3.7. Расчет и построение регулировочных характеристик
- •3.10. Особенности конструкции и расчета тягового генератора постоянного тока (гп–311б)
- •–Необходимая площадь сечения зубцов на один полюс при допустимой индукции в зубцах и максимальном напряжении
- •3.11. Расчет и построение характеристик тг постоянного тока
- •3.12. Выбор параметров обмотки возбуждения тг
- •3.13. Особенности конструкции синхронных генераторов
- •3.14. Схемы соединений сг и ву
- •3.15. Работа сг на 3х фазный выпрямительный мост
- •3.16. Режимы работы сг – ву
- •1 Режим – при угле коммутации 60° эл, когда коммутация начинается в момент равенства .
- •3 Режим – при прерывистом напряжении, когда возможна одновременная коммутация всех 3х фаз. В этом режиме постоянно включены 3 вентиля и добавляется 4й вентиль.
- •3.17. Аварийные режимы тепловозных выпрямителей (ву) и их защита
- •3.18. Расчет выпрямительной установки тепловоза
3. Характеристики и регулирование напряжения тяговых генераторов
3.1. Совместная работа дизеля и генератора
Мощность дизеля
()
регулируют изменением частоты вращения
коленчатого вала. При этом КПД дизеля
остается почти постоянным в широком
диапазоне частот вращения, поэтому на
тепловозах применяют ступенчатое (8 –
16 позиций КМ) или непрерывное изменение
при полном использовании наибольшего
.
Для дизеля основным является режим полной мощности, которая должна быть постоянной в широком диапазоне скоростей движения тепловоза. А для этого (как мы уже говорили с вами) необходимо, чтобы
Практически при
изменении
его момент
не остается постоянным, т.е.
,
следовательно равновесия между
и
(см.
рис. 2.28.)
не наступает и
(или
)
начинает уменьшаться или увеличиваться.
Изобразим основную
характеристику изменения
.→
Пусть имеется
равенство
1,
при этом частота вращения дизель-генератора
.
Тогда момент генератора:
(3.1)
где
–
постоянная генератора;
–сила тока Г при
;
–магнитный поток
Г (главных полюсов);
–к.п.д. генератора
(для упрощения применения
=
1).
Рис. 3.1. Характеристики изменения Мд и Мг при nд = var
Как вы знаете, ток
генератора
зависит от
,
который в свою очередь зависит от
.
Пусть изменились
условия движения, следовательно это
повлечет за собой изменение
.
В первый момент его изменения магнитный
поток будет неизменным, следовательно
момент сопротивления Г увеличится:
>
.
(3.2)
Вследствие
неравенства моментов
и
,
будет уменьшаться. Рассмотрим 3 возможных
случая.
1)
не зависит
от
и остается
постоянным.
Следовательно и
при неизменном
тоже неизменен.
Но при изменении
в зависимости от
равновесие в моментах вообще может не
наступать или наступит при очень низкой
,
т.е. при
,
соответствующей низкой мощности
.
В этом случае дизель остановится, т.е.
при таком регулировании дизель работает
крайне неустойчиво.
2) Магнитный
поток генератора прямопропорционален
скорости вращения его вала
(=
).
При этом
(3.3)
где
–
коэффициент пропорциональности между
и
,
меняющийся
по закону прямой линии (кривая 2).
Пересечение
характеристик
и генератора произойдет при более
высокой скорости вращения –
.
3) Магнитный
поток генератора имеет степенную
зависимость от скорости вращения вала
(=
).
При этом
(3.4)
т.е.
зависит от
в степени «К» и меняется по кривой 3.
Благодаря резкому
изменению момента генератора равновесие
между
и
наступает при
,
т.е. близкой к первоначальной. Такая
схема работает устойчиво.
3.2. Внешняя характеристика тягового генератора и её ограничения
–внешняя
характеристика тягового генератора –
гипербола.
Внешняя характеристика имеет 3 ограничения:
между а и б – зона ограничения по току;
между б и в – зона ограничения полной мощности дизеля и генератора;
между в и г – зона ограничения по напряжению.
Рис. 3.2. Внешняя характеристика ТГ и характеристика мощности дизеля
Внешняя характеристика
практически осуществима в некотором
диапазоне нагрузки от
.
При токах <
действует
ограничение напряжения по условию
насыщения магнитной цепи Г.
обусловлен
допустимым тепловым состоянием машины,
а следовательно и условиями коммутации.
Необходимо
стремится, чтобы диапазон
был
как можно шире, но при этом необходимо
учитывать и технико-экономические
показатели. Если
сдвинуть
в лево, то следовательно
необходимо
увеличить, при этом необходимо повысить
магнитную проницаемость цепи, сечение
магнитопровода и т.д., т.е. увеличатся
размеры, вес и стоимость передачи.
Сдвиг
вправо
связан с использованием более дорогих
изоляционных материалов и усовершенствованием
устройств охлаждения. При этом нельзя
забывать и о тяговой характеристике
(
),
т.к.
≤
- это тоже накладывает ограничение на
ток
.
Таким образом при работе ТГ по идеальной внешней характеристике дизель загружается на полную мощность в пределах гиперболы.
Характеристика на рис. 3.2. является предельной, т.е. соответствует работе дизеля на наибольшей позиции.
Для работы с
пониженной мощностью снижается и позиция
КМ, т.е.
–
уменьшается, а так же и возбуждение
генератора.
Тогда внешние характеристики при работе на промежуточных позициях будут выглядеть следующим образом (рис. 3.3.) →
Но такую (внешнюю) характеристику общепромышленные генераторы не могут обеспечить.
Известны следующие генераторы постоянного тока различного возбуждения:
Н – независимого;
С – сериесного (последовательного);
Ш – шунтового (параллельного);
СМ – смешанного.
Рис. 3.3. Внешняя характеристика тягового генератора на промежуточных режимах
Рис. 3.4. Внешняя характеристика генератора с различными системами возбуждения
Поэтому на тепловозах применяют ТГ с независимым возбуждением, а создание гиперболической внешней характеристики обеспечивается средствами автоматического регулирования (САУ или САР).