2.3.5. Электрическая передача мощности на переменно-постоянном токе
Рис. 2.10. Принципиальная схема передачи на переменно-постоянном токе
Дизель вращает вал 3х фазного СГ, напряжение которого подводится к ВУ и после выпрямления – к ТЭД постоянного тока последовательного возбуждения.
Электропередача ППТ была предложена в Советском Союзе в 1956 г. И, Б. Башуком. Первым был оборудован такой передачей французский тепловоз серии 6700 мощностью 2400 л.с. (1кВт = 1,36 л.с.; 1 л.с. = 0,736 кВт).
В США тепловозы с такой передачей мощностью 3000 – 3600 л.с. выпускаются с 1964 г. фирмами «Дженерал моторс», «Дженерал электрик» и «Алко».
В Англии фирма «Браш» разработала на базе серийного тепловоза «Кестрел» мощностью 4000 л.с.
В СССР ВТЗ (Ворошиловградский (Луганский) тепловозостроительный завод) в 1967 г. начал выпуск тепловозов ТЭ109 (W300) с такой передачей и Р = 2200 кВт. (2ТЭ116, ТЭ121, ТЭ136, ТЭ127 и ТЭМ7).
Преимущество СГ по сравнению с ГП:
1. Снижается ограничение по мощности (если тепловоз с передачей постоянного тока мощность до 2000 кВт, то СГ – до 8000 кВт);
2. Более высокая надежность, т.к. отсутствует щеточно-коллекторный узел, надежность силовой изоляции выше (т.к. она расположена на статоре);
3. Меньше масса (т.к. отсутствует коллектор, повышены электромагнитные нагрузки и улучшен теплообмен);
4. Уменьшены затраты меди и электротехнической стали;
5. Уменьшена стоимость (т.к. снижен расход цветных металлов и электротехнической стали, снижена трудоемкость изготовления);
6. Сокращена стоимость ремонта;
7. Проще обслуживание и уменьшены эксплуатационные расходы.
Рис. 2.11. Принципиальная схема передачи атомохода «Арктика»
Атомоход «Арктика» имеет аналогичную передачу. У него 2 турбины, на валу каждой турбины по 3 СГ. Имеет 3 гребных вала, на каждом валу по 2 двигателя постоянного тока. Каждый СГ имеет свою выпрямительную установку. Суммарная мощность 2-х турбин 55 МВт.
Но преимущество СГ несколько снижается из-за необходимости применения ВУ.
ППТ разрешила все проблемы, связанные с тяговым генератором. Дальнейшее развитие передач связано с заменой ненадежного коллекторного ТЭД бесколлекторным двигателем переменного тока.
2.3.6. Электрическая передача переменного тока
Преимущество ЭППТ весьма существенно и заключается в следующем:
1. Практически отпадает ограничение по мощности тяговой электрической машины (ТЭМ), т.е. при тех же габаритах мощность может быть увеличена вдвое;
2. Облегчается компоновка дизель-генератора на тепловозе из-за сокращения веса и габаритов СГ, и ТЭД – на раме тележки. Так же снижение веса ТЭД уменьшает необрессоренный вес экипажа;
3. Существенно уменьшается стоимость и трудоемкость изготовления ТЭМ;
4. Значительно сокращается расход меди (в 2 раза) и изоляции на изготовление ТЭМ;
5. Повышается эксплуатационная надежность ТЭМ: за счет устранения коллекторно-щеточного узла исключаются искрение щеток, круговой огонь и вспышка на коллекторе, пробой изоляции обмотки якоря и межвитковые замыкания;
6. Упрощается уход за ТЭМ и их ремонт;
7. Сокращается кол-во эл. аппаратов в силовой цепи тепловоза: исключается аппаратура ослабления возбуждения, упрощается реверсор;
8. Увеличивается КПД передачи (ожидается при Р > 3000 кВт получить η= 0,89÷0,91, против 0,85÷0,87 для передачи постоянного тока);
9. Повышается коэф. сцепления колес с рельсами благодаря питанию всех тяговых асинхронных двигателей (ТАД) током одинаковой частоты, что исключает пробоксовку отдельных колесных пар (т.е. придает свойства группового привода);
10. Упрощается осуществление электродинамического торможения, так как ТАД переходят в генераторный режим при превышении ротором синхронной скорости при данной частоте питающего тока;
11. Позволяет осуществить реверсирование.
Преимущества передачи переменного тока были еще оценены на заре тепловозостроения. В 1905 году был предложен проект тепловоза с двумя трехфазными генераторами и 4-мя ТАД.
Достижения в области автоматики и электроники позволили в 60-х годах вновь обратиться к разработке передачи переменного тока. (Создан ТЭ120 мощностью 2950 кВт).