Перспективна работа по созданию электрической передачи на переменном токе для тепловозов, при которой целесообразно использовать асинхронные короткозамкнутые электродвигатели.
Трудность применения асинхронных двигателей для условий тяги заключается в том, что они имеют так называемую жесткую характеристику, т. е. частота врашения ротора при постоянных напряжении и частоте питающего тока почти постоянна при изменении нагрузки. Регулирование частоты вращения ротора асинхронных электродвигателей возможно изменением числа полюсов и частоты источника питания, а также изменением подводимого напряжения. Изменение числа полюсов дает ступенчатое регулирование скорости в сравнительно небольших пределах, увеличивает габаритные размеры, массу и стоимость электрических двигателей. Несмотря на это, ведутся работы по регулированию скорости путем переключения числа полюсов как у тягового генератора, так и у электродвигателей. Регулирование частоты питающего тока машин переменного тока, приводимых во вращение от дизеля, вызывает затруднения, так как тепловозные дизели при определенной мощности работают с постоянной частотой вращения вала. В этом случае необходимо иметь промежуточные машины, рассчитанные на полную мощность дизеля, что экономически невыгодно, а практически невозможно разместить их на тепловозе. Развитие полупроводниковой техники позволило создать сравнительно компактную и легкую передачу мощности на неременном токе.
Тепловоз ТЭ120 с передачей переменного тока. В 1969 г. в НИИТЭМ был построен и испытан макетный образец тепловоза с электропередачей переменного тока на базе секции турбопоезда. В этом же году ЛИИЖТ оборудовал тепловоз ВМЭ1 асинхронными двигателями и статическим преобразователем.
В 1976 г. построен опытный тепловоз ТЭ120 с передачей переменного тока, мощностью 2940 кВт. На тепловозе установлены тяговый агрегат А-711. состоящий из тягового генератора и генератора собственных нужд, и асинхронные короткозамкнутые тяговые двигатели типа ЭД-900. Двигатель имеет запас по мощности для использования его на тепловозах мощностью 4420 кВт.
Принципиальная электрическая схема передачи мощности тепловоза представлена на рис. 12.7. Силовую часть составляют: тяговый синхронный генератор С Г, выпрямительная установка ВУ типа УВКТ-5, автономные инверторы напряжения АИ1-АИ6, шесть тяговых асинхронных двигателей At-А6. Силовая схема электропередачи обеспечивает отключение любого блока инвертор - тяговый двигатель с помощью поездных контакторов 1//-П6.
Выпрямительная установка преобразует переменный ток СГ в постоянный, который поступает па инверторы АИ 1--АИ6, питаю-
Рис. 12.7. Принципиальная схема передачи переменного тока: СГ - синхронный генератор тяговый; ГСН--генератор собственных нужд; БА батарея аккумуляторная; УВВ1, УВВ2- управляемые выпрямители возбуждения; БУВІ, БУВ2- блоки управления выпрямителем; ВУ - выпрямительная установка; ШТ. 2МТ, ИВУ, ШВ - ЗМВ - электродвигатели вентиляторов тяговых двигателей, выпрямительной установки и холодильника дизеля; РЗ - реле заземлення; СРЗ - резистор реле заземлення; РВЗ- рубильник; ИД - индуктивный датчик; БЗВ - блок задания возбуждения; СУ- селективный узел; А1--А6-асинхронные двигатели; АИІ - АИ6- автономные инверторы; ТПТІ - ТІ1Т6 -трансформаторы постоянного тока; ТИН трансформатор постоянного напряжения; БУИ 1- БУИ6 - блоки управления инвертором; ДМЛ1 -ДМЛ6- датчики магнитного потока; ДС1 - ДС6- датчики скорости; СС - схема сравнения; ОРД - объединенный регулятор дизеля; СПВ - резистор подвозбуждения; ПІ, 176 - контакторы поездные; КВІ, КВ2- контакторы возбуждения; КІІВ ■ контактор подвозбуждения; ІАТ-ЗАТ -автоматы выключениящие двигатели А1-А6 переменным током заданной частоты. Амплитуда напряжения регулируется изменением возбуждения СГ.
Питание обмотки возбуждения тягового генератора происходит через управляемый трехфазный выпрямитель тока возбуждения УВВ1 от генератора собственных нужд ГСН, входящего в тяговый агрегат А-71 і. Регулированием напряжения и частоты тока достигается оптимальный режим работы тяговых двигателей и полное использование свободной мощности дизеля. Генератор собственных нужд работает но схеме самовозбуждения через управляемый выпрямитель возбуждения УВВ2, причем У ВВІ и УВВ2 унифицированы.
В момент пуска дизеля, когда напряжение ГСП мало, необходимо подвозбудить его от ЬА.
Цепь подвозбуждепия включает в себя резистор ограничения тока СП В и контакторы КПВ.
Система автоматического регулирования тепловоза включает два контура регулирования: возбуждения тягового генератора и частоты питающего напряжения тяговых электродвигателей. Контур регулирования возбуждения тягового генератора мало чем отличается от существующих САР, например, тепловозов 2ТЭ116, 21Э12!.
Возбуждение СГ регулируется тиристорным выпрямителем возбуждения УВВ1 через блок фазоимпульсного управления БУВ1.
При трогании тепловоза с места для тягового асинхронного электродвигателя А необходимо выполнять условия U\/f\ = const, причем магнитный поток двигателя Ф должен поддерживаться постоянным: Ф = const.
В период езды, когда используется гиперболический участок внешней характеристики генератора, ток двигателей снижается по мере увеличения их частоты вращения: U,tI,i = const. Вращающий момент двигателей должен изменяться обратно пропорционально частоте вращения ротора. При этом регулирование частоты и напряжения должно выполняться по закону сЛ/у/і - const, причем магнитный поток двигателей должен поддерживаться пропорциональным току за счет увеличения частоты питающего напряжения: Ф, = 1\.
В зоне ограничения напряжения тягового генератора ослабляется магнитный поток двигателей за счет увеличения частоты на выходе инверторов по мере увеличения скорости при условии сохранения постоянства фазного тока: 1-const. Как видим, регулирование тяговых двигателей можно осуществить, введя в САР обратные связи по напряжению, току и магнитному потоку двигателей. Система автоматического регулирования тепловоза предусматривает как индивидуальное управление частотой питающего напряжения каждого из двигателей в отдельности, так и общее регулирование частоты питания всех тяговых двигателей по одному каналу регулирования.
Применение автономных инверторов и систем их регулирования обеспечивает равномерное распределение токовых нагрузок между параллельно работающими тяговыми асинхронными двигателями независимо от отклонения их характеристик и диаметра колесных пар, но при этом усложняется схема передачи, повышаются ее масса, габаритные размеры и стоимость.
Создание и внедрение на тепловозах электрической передачи переменного тока поднимут отечественное тепловозостроение на новую ступень научно-технического прогресса.
⇐ | Электрическое торможение | | Рудая К. И., Логинова Е. Ю. Тепловозы. Электрическое оборудование и схемы. Устройство и ремонт | | Использование микропроцессорных систем на тепловозах | ⇒