- •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 изменениепри 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 моментне остается постоянным, т.е., следовательно равновесия междуи(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 неизменномтоже неизменен. Но при изменении в зависимости отравновесие 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 междуи, 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 отв степени «К» и меняется по кривой 3.
Благодаря резкому изменению момента генератора равновесие между инаступает 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. Еслисдвинуть в лево, то следовательнонеобходимо 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).