Диапазон изменения тока и напряжения тягового генератора ограничен габаритными размерами, насыщением его магнитной системы, условиями коммутации, поэтому использование постоянной мощности генератора обеспечивается только в определенном интервале изменения тока генератора и, следовательно, скорости тепловоза. Для уменьшения диапазона регулирования напряжения тягового генератора применяется автоматическое управление тяговыми электродвигателями путем изменения схемы соединения двигателей и ослабления их возбуждения.
Рассмотрим процессы, возникающие при работе электрической передачи мощности. На всех режимах работы электрической передачи соблюдается примерное равенство электродвижущих сил электродвигателей (иротиво-э. д. с.) и напряжения тягового генератора [см., формулу (2.7)].
В точке а, соответствующей моменту трогания тепловоза с места, напряжение (см. рис. 1.3) генератора будет минимальным, но так как якоря тяговых электродвигателей неподвижны, то на их зажимах э. д. с. двигателей отсутствует, поэтому из-за малых сопротивлений обмоток якоря, главных и добавочных полюсов электродвигателя падение напряжения в цепи каждого двигателя незначительно. После того как тепловоз тронется с места и якоря электродвигателей начнут вращаться, на их зажимах появляются э. д. с. Их значения пропорциональны частоте вращения якорей и токам возбуждения (потокам), протекающим по обмоткам главных полюсов электродвигателей [см. формулу (2.3)].
В момент приведения тепловоза в движение желательно поддерживать ток примерно постоянным (участок аб на рис. 1.3). При неизменном токе э. д. с. двигателей с последовательным возбуждением будет по мере разгона возрастать в той же степени, что и скорость движения. В такой же степени должно увеличиваться и напряжение тягового генератора. В точке б характеристики мощность дизель-генератора возрастает до номинального значения. Дальнейший подъем напряжения при постоянном токе невозможен, так как это вызовет перегрузку дизеля.
При работе по гиперболической части характеристики ток возбуждения двигателей убывает при росте напряжения. Убывание тока замедляет рост э. д. с. двигателей при разгоне. Поэтому на этом участке характеристики при увеличении скорости движения напряжение генератора должно возрастать в меньшей степени, чем скорость.
От скорости движения продолжительного режима до конструкционной частота вращения электродвигателей для грузовых тепловозов изменяется в 3,5-5 раз, при этом напряжение генератора, если не принять специальных мер, увеличивается в среднем в 2,2 раза. Уменьшить размеры генератора можно за счет уменьшения диапазона изменения его напряжения до 1,5 и меньше. Для этого применяют автоматическое управление электродвигателями путем изменения схемы соединения двигателей и ослабления возбуждения.
На участке вг внешней характеристики мощность дизеля уже не будет номинальной (полной) и ее значение быстро снижается из-за уменьшения тока. Чтобы не допустить работы на участке вг и потери мощности, применяют ослабление возбуждения (магнитного потока) электродвигателей. Обмотки шунтируются в тот момент, когда напряжение генератора приближается к максимальному значению. Включение шунтирующего резистора приводит к значительному уменьшению тока возбуждения, что вызывает уменьшение э. д. с. электродвигателя. Напряжение генератора вследствие этого в первый момент начинает значительно превосходить э. д. с. электродвигателей, что приводит к резкому возрастанию тока.
При гиперболической внешней характеристике генератора увеличение тока приводит к соответствующему снижению напряжения генератора. При каком-то значении тока (большем, чем исходное значение, при котором включались резисторы) напряжение генератора вновь приблизится к э. д. с. электродвигателей и уменьшится настолько, что увеличение силы тока прекратится.
Таким образом, при ослаблении возбуждения ток генератора возрастает, а напряжение убывает вдоль гиперболической характеристики, но частота вращения электродвигателей за это время не успевает практически измениться, т. е. режим движения тепловоза не меняется. Режим генератора (и электродвигателей)
Рис. 9.16. Графики, иллюстрирующие переходы с полного возбуждения Я тяговых электродвигателей на ослабленное Olli и ОП2: а -с П на ОП1; б -с ОП1 на ОП2
изменяется так, что появляется возможность повышения напряжения генератора при дальнейшем разгоне. Другими словами, при подключении шунтирующих резисторов гиперболический участок внешней характеристики генератора при разгоне может использоваться дважды.
Обычно применяют две ступени ослабления возбуждения, что позволяет трижды использовать во время разгона тепловоза один и тот же гиперболический участок внешней характеристики генератора и при широком диапазоне изменения скорости движения тепловоза добиться сравнительно узкого диапазона изменения напряжения генератора.
В качестве примера рассмотрим работу электрической передачи тепловоза 2ТЭ10Л в процессе разгона поезда. В начале разгона поезда ток генератора поддерживается почти постоянным --равным примерно 6200 А. Мощность дизеля в этой зоне используется не полностью, так как напряжение незначительно (участок аб, рис. 9.16). С увеличением скорости движения нагрузка падает, и при токе генератора 1г, равном 5900 А, и скорости и, равной 12 км/ч, начинается работа по гиперболической части характеристики. С этого момента генератор снимает с дизеля полную мощность, и, как только скорость тепловоза будет равна 38 км/ч, что соответствует току 1г = 3100 А, совершится переход на ослабленное возбуждение первой ступени (ОП1). Вследствие этого перехода ток генератора возрастет до 3800 А, скорость тепловоза будет увеличиваться, а нагрузка - уменьшаться.
Когда скорость тепловоза достигнет 62 км/ч, что соответствует току 2900 А, совершится переход на вторую ступень ослабления возбуждения (ОП2). Во время этого перехода ток возрастет до 3500 А. После перехода скорость тепловоза будет продолжать увеличиваться, а нагрузка - уменьшаться. Когда нагрузка станет меньше 2500 А, мощность дизеля уже не будет использоваться полностью, наступит ограничение по возбуждению.
При вступлении поезда на подъем скорость тепловоза будет падать, а ток генератора - возрастать. Когда скорость снизится до 43 км/ч, произойдет обратный переход со второй ступени ослабления возбуждения на первую.
При переключении электродвигателей, с одной схемы соединения на другую напряжение генератора убывает, а ток возрастает во столько раз, во сколько увеличивается число параллельных цепей электродвигателей. Следовательно, в результате переключения электродвигателей без изменения режима движения тепловоза с поездом режим работы тягового генератора изменяется таким образом, что появляется возможность вновь увеличивать его напряжение при дальнейшем разгоне, т. е. гиперболический участок внешней характеристики генератора используется дважды.
Переключение электродвигателей с последовательного на последовательно-параллельное соединение, а также шунтирование обмоток возбуждения применяют на тепловозах ТЭ1, ТЭ2, ТЭМ1. На остальных тепловозах переключение электродвигателей не применяют, так как оно усложняет электрическую схему и снижает надежность работы электропередачи, а используют постоянное соединение электродвигателей и две ступени ослабления возбуждения электродвигателей. Включение и отключение ослабления возбуждения электродвигателей, а также изменение схемы соединения производятся автоматически при помощи реле перехода.
⇐ | Системы регулирования напряжения тяговых генераторов переменного тока | | Рудая К. И., Логинова Е. Ю. Тепловозы. Электрическое оборудование и схемы. Устройство и ремонт | | Особенности электрических схем | ⇒