Федеральное Агентство Железнодорожного Транспорта

Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Петербургский Государственный Университет Путей Сообщения

Кафедра "Электрическая тяга"

Регулирование скорости электропоезда ЭР2

Методические указания к лабораторной работе №32

Санкт-Петербург

2011

Цель работы: изучение способов регулирования скорости электропоезда постоянного тока.

1. Пуск и регулирование скорости электропоезда эр2.

Электропоезд ЭР2 предназначен для пригородных пассажирских перевозок на электрифицированных участках постоянного тока с напряжением контактной сети 3000 В. Он обстоит из десяти вагонов, пять из которых моторные. Мощность электропоезда составляет 4000 кВт; конструкционная скорость 130 км/ч. На пригородных участках при кротких перегонах между остановочными пунктами средняя скорость движения равна 70…80 км/ч. Каждый моторный вагон имеет 4 тяговых электродвигателя (ТЭД) мощностью по 200 кВт, рассчитанных на напряжение 1500 В. Максимальный кратковременный ток двигателя не должен превышать 200 А. Обмотки тягового электродвигатели имеют небольшое сопротивление r_d – всего 0,416 0м. Это позволяет уменьшить потери мощности I²r_d, на нагревание обмоток и обеспечить высокий коэффициент полезного действия электродвигателя до 92%. Однако небольшая величина r_d затрудняет пуск электропоезда. Если на неподвижном моторном вагоне все 4 тяговые электродвигателя соединить последовательно и подключить к напряжению U_с контактной сети, то ток тягового электродвигателя будет недопустимо большим:

.

(1)

Для ограничения величины пускового тока последовательно с тяговыми электродвигателями включают две группы пусковых резисторов общим сопротивлением 2r = 17,66 Oм (риc.1,а). При этом ток тягового электродвигателя не превысит допустимой величины:

.

Ток, протекающий по обмоткам якорей тяговых электродвигателей, взаимодействует с магнитным потоком главных полюсов и создает вращающий момент. При вращении якоря тягового электродвигателя в его обмотке индуктируется электродвижущая сила (ЭДС) вращения E, пропорциональная скорости движения электропоезда и магнитному потоку главных полюсов:

Е = СvФV,

(2)

где С_v – постоянный коэффициент, характеризующий параметры тягового электропривода (тягового электродвигателя, зубчатой передачи и движущей колесной пары).

Рис.1

Теперь напряжение контактной сети уравновешивается не только падением напряжения в обмотках тяговых электродвигателей и пусковых резисторах, но еще и ЭДС вращения четырех соединенных последовательно тяговых электродвигателей:

Uc = 4СvФV + I(2r + 4rd).

(3)

Из выражения (3) видно, что увеличение скорости движения электропоезда вызывает уменьшение тока, потребляемого тяговыми электродвигателями, и, следовательно, снижение силы тяги. Чтобы при разгоне электропоезда сила тяги оставалась постоянной, необходимо поддерживать постоянным и ток тяговых электродвигателей. Как видно из выражения (3), для этого нужно по мере увеличения скорости постепенно уменьшать сопротивление r пускового резистора. При r = 0 напряжение контактной сети уравновешивают только ЭДС вращения и падение напряжения в обмотках тяговых электродвигателей (рис.1,б). Скорость движения электропоезда определится уравнением:

(4)

Очевидно, что напряжение, приходящееся на один тяговый электродвигатель, составит 750 В. Для дальнейшего повышения скорости необходимо увеличивать напряжение, приходящееся на каждый электродвигатель. Для этого тяговые электродвигатели соединяют в две параллельные ветви и последовательно с тяговыми электродвигателями снова включают пусковой резистор (рис.1,г). Такое соединение называют параллельным. Уравнение равновесия при этом принимает вид:

Uc = 2СvФV + I(r + 2rd).

(5)

По мере увеличения скорости электропоезда сопротивление пускового резистора постепенно уменьшают. При r = 0 напряжение контактной сети будет уравновешено ЭДС вращения и падением напряжения в обмотках двух последовательно соединенных тяговых электродвигателей (рис.1,д):

Uc = 2СvФV + I2rd.

(6)

Скорость движения электропоезда при параллельном соединении:

(7)

В процессе разгона электропоезда напряжение на каждом тяговом электродвигателе возрастает от 750 до 1500 В. Дальнейшее повышение напряжения на тяговом электродвигателе не предусматривается.

Работа электропоезда при включении резисторов последовательно с тяговыми электродвигателями допускается только кратковременно, в период пуска, так как при этом значительная часть потребляемой из сети электроэнергии расходуется на бесполезное нагревание резисторов. Поэтому длительная работа электропоезда разрешается только при полностью выключенных пусковых резисторах.

Рассмотренные способы регулирования скорости характерны тем, что ток возбуждения тяговых электродвигателей равен току якоря. Такой режим работы называют полным возбуждением.

Если параллельно обмоткам возбуждения (обмоткам главных полюсов) включить резисторы r_ш, то ток возбуждения будет равен разности тока якоря I и тока I_ш шунтирующей цепи:

Iв = I – Iш.

(8)

Такой режим работы называют ослабленным возбуждением (ОВ) и характеризуют коэффициентом ослабления возбуждения:

(9)

Ослабление возбуждения позволяет повысить скорость движении электропоезда. Изменяя величину r_ш, можно получить несколько ступеней ослабления возбуждения с различными значениями коэффициента . Обычно его выражают в долях единицы. При полном возбуждении  = 1. На электропоезде ЭР2 предусмотрены две ступени ослабления возбуждения:  = 0,67 и  = 0,5.

Режим ослабленного возбуждения применяют при полностью выключенных пусковых резисторах r = 0 как на последовательном (рис.1,в), так и на параллельном (рис.1,е) соединениях тяговых электродвигателей.