1.7. Тяговые характеристики электровозов
Зная зависимость между силой тяги Fк и током двигателей I, а также скоростью v и током (см.рис.7 и 8), задаваясь одинаковыми значениями тока, легко можно получить зависимость между Fк и v. Эту зависимость называют тяговой характеристикой электровоза.
Рис.10 Тяговая характеристика электровоза ЧС8
Рис.11 Тяговая характеристика электровоза ВЛ80
Тяговые характеристики локомотивов получают либо путем проведения паспортных испытаний локомотивов, либо для электровозов пересчетом электромеханических характеристик тягового двигателя и отнесением их к ободу колеса. Тяговые характеристики определяют при полном диаметре бандажей, номинальном уровне напряжения в к/сети (25 кВ).
Любая тяговая характеристика представляет собой семейство кривых, каждая из которых соответствует определенному режиму работы: определенной позиции контроллера и также полному или ослабленному возбуждению ТД.
Режим ослабления возбуждения обеспечивает рост скорости движения, но повышает расход электроэнергии, однако во избежание нерационального ее перерасхода режим ОВ следует применять:
на однородном легком профиле, когда достигнутое повышение скорости будет продолжительным
перед подъемом и в начале его, когда достигнутый рост скорости, т.е.
На электровозах переменного тока при применении режимов ОВ ток двигателей в момент применения режима возрастает более плавно из-за индуктивности обмоток трансформатора и реакторов. На низших позициях пуска режим ОВ нерационален из-за повышенных потерь в сердечнике трансформатора, поэтому машинисту рекомендуется выходить на более высокое напряжение на двигателях переключением выводов трансформатора.
Кроме этого, применение глубокого ослабления возбуждения двигателей при больших токах может привести к нарушению их нормальной коммутации. Магнитный поток реакции якоря сильно искажает магнитное поле в зоне действия дополнительных полюсов, т.е. там где витки обмотки якоря находятся в процессе коммутации. Вследствие этого в короткозамкнутых витках обмотки якоря наводится избыточная э.д.с., компенсировать которую поток дополнительных полюсов и компенсационной обмотки не может. В этих витках появляется дополнительный ток, что приводит к образованию искрения на коллекторе и в отдельных случаях к срабатыванию защиты.
1.8. Электрическое торможение электровоза
Эффективным средством снижения скорости движения поезда является электрическое торможение. Оно обладает механической устойчивостью, - это означает что тормозная сила автоматически возрастает с ростом скорости. Электрическое торможение позволяет значительно повысить безопасность движения поездов, т.к. при нем пневматические тормоза сохраняются в резерве. Регулирование тормозной силы осуществляется достаточно легко и плавно, что позволяет вести поезд по спуску со скоростью близкой к максимально допустимой, без перепадов, свойственных пневматическим тормозам.
Преимуществом электрического торможения является значительно меньшая склонность колес к заклиниванию (юзу) при больших значениях тормозной силы, чем при механическом торможении, и способность к самозащите колес от юза. В этом случае юз, как правило, проявляется в форме частичного проскальзывания колес по рельсу без резкой потери сцепления, как это имеет место при механическом торможении.
При создании электровозов с электрическим торможением используется свойство обратимости электрических машин. Если якорь двигателя вращается в поле остаточного магнетизма сердечников полюсов, наводимая в проводниках обмотки якоря э.д.с. создает разность потенциалов между плюсовыми и минусовыми щеткодержателями. Однако ток по обмоткам не идет, т.к. при указанных условиях внешняя цепь двигателей разомкнута.
Для получения необходимого тормозного эффекта следует отключить все ТД от сети, произвести ряд переключений в электрических цепях и затем подключить двигатели к потребителю электроэнергии. По способу применения этих потребителей различают рекуперативное и реостатное торможение.
Рекуперативное торможение Его обычно используют с целью поддержания равномерной скорости движения по спускам. Решение о переходе на режим рекуперативного торможения машинист принимает с учетом уровня напряжения контактной сети и расположения электровоза по отношению к тяговым подстанциям. Схема соединения якорей тяговых двигателей выбирается в зависимости от скорости движения поезда. При малой скорости (15-30 км/ч) применяется последовательное соединение якорей ТД. В диапазоне скоростей 25-60 км/ч используется последовательно-параллельное соединение, при скорости 50-55 км/ч и выше – параллельное.
В режим рекуперативного торможения можно перевести только электродвигатели с независимым, параллельным и смешанным возбуждением. При изменении направления нагрузочного момента (при переходе электровоза на спуск) часто вращения якоря становится больше n0 э.д.с. – больше напряжения сети, ток и вращающий момент изменяют свое направление и машина переходит из двигательного режима в генераторный. При этом электромагнитный момент направлен против вращения якоря, а выработанная генератором электрическая энергия отдается в сеть.
Двигатель с последовательным возбуждением не может быть переведен в режим рекуперативного торможения, т.к. при уменьшение внешней нагрузки, т.е. вращающего момента двигателя, частота вращения возрастает и он идет вразнос. Следовательно, не представляется возможным изменить направление вращающего момента двигателя и перейти через промежуточный режим холостого хода, что необходимо для перевода его с двигательного в генераторный режим. Поэтому для осуществления рекуперативного торможения обмотку возбуждения такого ТД необходимо переключить на независимое питание от специального электромашинного или полупроводникового возбудителя. При таком переключении ТД начинает работать как генератор с независимым возбуждением.
Реостатное торможение. При реостатном торможении ТД работают как генераторы и включаются на тормозные резисторы, в которых электрическая энергия, выработанная генератором во время торможения поезда, превращается в тепловую. Реостатное торможение может применяться как при высоких, так и при низких частотах вращения, т.к. напряжение генератора в этом случае не связано с напряжением сети и может быть установлено таким, какое необходимо для получения требуемой тормозной силы.
При уменьшении частоты вращения ТД в процессе реостатного торможения будет уменьшаться создаваемое им напряжение, а следовательно, ток якоря и развиваемый им тормозной момент (тормозная сила). Чтобы поддержать тормозную силу на определенном уровне по мере уменьшения частоты вращения, необходимо уменьшать сопротивление тормозного резистора. С этой цель на электровозе ЧС8 применяется вторая ступень реостатного тормоза при которой шунтируется часть тормозных резисторов.