Регулирование напряжения тяговых генераторов. Мощность дизеля регулируют изменением частоты вращения коленчатого вала яд. При такой регулировке к. п. д. дизеля остается почти постоянным в широких пределах изменения частоты вращения, поэтому на тепловозах с электрической передачей применяют ступенчатое (обычно 8-15 позиций контроллера) изменение частоты вращения вала дизеля при полном использовании наибольшего вращающего момента. Число ступеней выбирается таким, чтобы при переходе с одной ступени на другую не было больших изменений силы тяги и тока.
Несмотря на то что для дизеля обычно устанавливается несколько ступеней мощности, расчетным принят режим, соответствующий полной мощности, которая должна поддерживаться постоянной в широком диапазоне скоростей движения тепловоза.
Постоянство мощности дизеля Nе может быть легко достигнуто с помощью электрической передачи. Для этого достаточно, чтобы произведение тока тягового генератора на напряжение было постоянным. В этом случае графически внешняя характеристика генератора* (зависимость напряжения от тока при постоянной частоте вращения яд), так же как и тяговая характеристика, изображается равнобокой гиперболой (линия б, в на рис. 1.3).
Генераторы общепромышленного исполнения не могут обеспечить такую характеристику (рис. 1.4). Генераторы со смешанным (противокомпаундным) возбуждением иногда применяются на тепловозах малой мощности, дизель-поездах и автомотрисах.
На тепловозах применяются тяговые генераторы с независимым возбуждением, а создание их гиперболической внешней характеристики обеспечивается системами автоматического регулирования напряжения СВГ (см. рис. 1.2), которые могут использовать специальные возбудители (электромашинные системы), магнитные усилители или полупроводниковые элементы (тиристоры).
1 В теории электрических машин внешней характеристикой называется зависимость 0, от 1г при постоянных Лд и токе возбуждения.
Рис. 1.3. Внешняя характеристика тягового генератора и изменение мощностидизеля Ые: аб- зона ограничения по току; бе-зона использования полной мощности дизеля; ее- зона ограничения по напряжению (возбуждению)
Рис. 1.4. Схемы возбуждения генераторов: а - независимого; б - параллельного; в - последовательного; г - смешанного; д - внешниехарактеристики
Чтобы обеспечить плавное трогание и разгон тепловоза, электрическая передача автоматически ограничивает ток тягового генератора (см. рис. 1.3, линия аб). Участок аб характеризуется большими токами и низкими напряжениями генератора, при этом реализуется максимальная сила тяги.
На современных тепловозах применяется также автоматическое ограничение напряжения тягового генератора при больших скоростях движения, что позволяет уменьшить габаритные размеры генератора и защитить элементы силовой цепи тепловоза (линия вг) от высокого напряжения. Участок вг характеризуется малыми токами генератора, т. е. низкими значениями силы тяги тепловоза, максимальным напряжением и недоиспользованием мощности генератора и дизеля. Максимальное напряжение генератора (обычно около 700 В) ограничивается допустимым значением среднего напряжения между коллекторными пластинами.
При движении тепловоза с поездом часто не требуется использование полной мощности дизеля, например при движении по легкому профилю, при малой массе состава, при ограничении.скорости на уклонах и др. Мощность дизеля регулируется частотой вращения коленчатого вала, при этом каждому значению па соответствует определенная мощность, при которой к. п. д. дизеля будет максимальным (рис. 1.5). Поэтому система регулирования напряжения тягового генератора должна обеспечить при пониженной частоте яд (частичных нагрузках) постоянство мощности тягового
Рис. 1.5. Зависимость напряжения тягового генератора 11г от тока 1г при различных позициях контроллера пк
Рис. 1.6. Функциональные схемы регулирования напряжения тягового генератора сиспользованием:
о-возбудителей с расщепленными полюсами; б - магнитных усилителей и тиристоровгенератора на уровнях, соответствующих экономичным режимам работы дизеля.
Для изменения мощности тягового генератора, а следовательно, и мощности дизеля Д при изменении частоты вращения коленчатого вала Лд в систему СВГ вводится сигнал по яя (рис. 1.6, а). В систему возбуждения СВГ также вводят сигнал по току тягового генератора 1г (суммарному току тяговых электродвигателей 1 и 2). Напряжение [/„, вырабатываемое системой СВГ с использованием возбудителей с расщепленными полюсами, подводится к обмотке возбуждения тягового генератора ОВГ, обеспечивая изменение магнитного потока Фг и напряжения иг тягового генератора по гиперболической кривой. В рассмотренной системе СВГ предполагалось, что мощность генератора постоянная и равна мощности дизеля. В действительности изменяется как мощность дизеля, так и мощность тягового генератора. Мощность дизеля Л/«, может изменяться от атмосферных условий, а также от изменения мощности 1Увсп, расходуемой на привод вспомогательных механизмов. В результате может меняться Л/«,- Ывсп, передаваемая тяговому генератору, так называемая свободная мощность дизеля. Мощность тягового генератора может изменяться из-за влияния температуры обмотки ОВГ, гистерезиса машин и др. Вместе с тем, как указывалось выше, мощность дизеля должна поддерживаться постоянной. Для этого в систему СВГ, кроме сигналов по току 1г и напряжению иг тягового генератора и пЛ, вводится сигнал А", по положению органа топливоподачи пропорциональный (при данной пя) свободной мощности дизеля (рис. 1.6, б). Такие системы применяют на магистральных и мощных маневровых тепловозах.
Изменение напряжения генератора, определяемое собственными характеристиками генератора и возбудителя или магнитного усилителя (без участия каких-либо внешних регулирующих устройств), называют саморегулированием генератора.
Рис. 1.7. Схемы соединения электродвигателей: а ■-- последовательное; б - параллельное; в - подключение резисторов Ослабления возбуждения
Схемы саморегулирования с гиперболической внешней характеристикой генератора в зоне рабочих токов применены на тепловозах ТЭ1, ТЭ2, ТЭЗ и ТЭМ2. Они основаны на использовании для возбуждения тягового генератора специальных возбудителей. Схемы саморегулирования с наклонными прямолинейными участками внешней характеристики тягового генератора в зоне рабочих токов (селективные характеристики) использованы на тепловозах типов ТЭ10 и ТЭП60, а также на тепловозах 2ТЭ116, ТЭП70, ТЭМ7, 2ТЭ121. На первых типах в системе возбуждения генератора используются магнитные усилители, на вторых - тиристоры.
На современных тепловозах применяют схемы автоматического регулирования, обеспечивающие получение гиперболической характеристики (использование полной мощности дизеля) за счет специальных автоматических регуляторов в дополнение к саморегулированию.
Управление тяговыми электродвигателями. Известно, что частота вращения якоря электродвигателя постоянного токаи - шгде и - напряжение на зажимах двигателя; I, - ток и сопротивление цепи якоря; Ф - магнитный поток; се - машинная постоянная.
Из формулы видно, что частоту вращения якоря двигателя можно регулировать, изменяя напряжение, магнитный поток или сопротивление в цепи якоря. Из-за вызываемых дополнительных потерь в цепи якоря этот способ на тепловозах не применяется.
Изменение подводимого напряжения к тяговому электродвигателю происходит непрерывно с изменением тока нагрузки (сопротивления движению), так как тяговый генератор имеет гиперболическую внешнюю характеристику. Подводимое напряжение также изменяется при изменении схемы соединения тяговых электродвигателей, например при переключении с последовательной схемы на последовательно-параллельную. Кроме того, при изменении мощностидизеля перестановкой главной рукоятки или штурвала контроллера машиниста с одной позиции на другую, изменяют частоту вращения вала дизеля, а следовательно, и напряжение тягового генератора. Такой способ используется при разгоне поезда.
При последовательном соединении электродвигателей (рис. 1.7, а, б) к каждому двигателю подводится напряжение и = иг/т, где т - число двигателей, включенных последовательно. Переключая электродвигатели в параллельные цепи с разным числом двигателей, соединенных последовательно, получим несколько значений подводимого напряжения к двигателю. Каждое переключение усложняет схему и увеличивает количество аппаратов. Поэтому на тепловозах сравнительно небольшой мощности обычно применяют две схемы соединения двигателей, а для мощных тепловозов - одну (параллельное включение двигателей) и две ступени ослабления возбуждения. Переключение может осуществляться: разрывом цепи, коротким замыканием группы двигателей и методом моста. Переключение с разрывом силовой цепи снижает силу тяги до нуля, поэтому практически не применяется. Метод моста требует дополнительных резисторов в цепях якорей двигателей, поэтому на тепловозах не используется. На тепловозах применяется метод короткого замыкания, который обеспечивает небольшое снижение силы тяги.
На тепловозах магнитный поток (поле возбуждения) регулируют ступенчато шунтированием обмотки возбуждения, применяя для этого параллельное подключение резисторов (рис. 1.7, в). При полном поле ток якоря 1я проходит по обмотке возбуждения, так как электродвигатели имеют последовательное возбуждение. Если же подключим при помощи контакторов Ш1, Ш2 шунтирующие резисторы 1? и 1?Ш2, то по обмотке возбуждения пройдет только часть тока якоря. Так как магнитный поток определяет магнитодвижущая сила (м. д. с), т. е. ампер-витки обмотки возбуждения, то, следовательно, с уменьшением тока в обмотке возбуждения магнитный поток также уменьшается, а п„ возрастает. Отношение тока возбуждения 1в к току якоря 1„ называется коэффициентом ослабления возбуждения а. На тепловозах применяют одну или две ступени ослабления возбуждения, коэффициент сс не должен быть меньше 0,25, так как это может вызывать резкое ухудшение коммутации тяговых электродвигателей.
⇐ | Назначение передачи мощности и ее свойства | | Рудая К. И., Логинова Е. Ю. Тепловозы. Электрическое оборудование и схемы. Устройство и ремонт | | Принципиальные схемы электрических передач постоянного и переменно-постоянного тока | ⇒