Меню

Скоростные характеристики электровоза постоянного тока

Общая характеристика электровозов

Моторно-осевой подшипник . 25 стр.

Электровоза ВЛ-10

Механическая часть

Тема 1

По устройству, конструктивным особенностям и работе электровозов серии ВЛ-10

Конспекты лекций

Перечень конспектов:

1. Общая характеристика электровозов …………………………………….. 3 стр.

2. Расположение оборудования …………………………………….. 7 стр.

3. Осевые формулы электровозов …………………………………….. 9 стр.

4. Тележка ……………………………………. 11 стр.

5. Рама тележки ……………………………………. 12 стр.

6. Колесная пара ……………………………………. 14 стр.

7. Неисправности колесных пар …………………………………….. 17 стр.

8. Тяговые передачи ……………………………………. 18 стр.

10. Рессорное подвешивание …………. ……………………….. 24 стр.

12. Шаровая связь ……………………………………. 27 стр.

13. Рычажная тормозная система ……………………………………. 29 стр.

14. Подвешивание тяговых двигателей …………………………………….. 33 стр.

15. Кузова и рамы электровозов ……………………………………. 34 стр.

16. Люлечное подвешивание ……………………………………. 36 стр.

17. Гидравлический гаситель ……………………………. ……. 38 стр.

18. Противоразгрузочное устройство …………………………………….. 40 стр.

19. Автосцепное устройство СА-3 …………………………………….. 41 стр.

20. Поглощающий аппарат …………………………………….. 45 стр.

21. Песочное хозяйство ……………………………………… 47 стр.

Электровозом называют локомотив, приводимый в движение электрическими двигателями, которые получают электрическую энергию через токоприемник от контактной сети. В контактную сеть электроэнергия поступает от тяговой подстанции. В зависимости от рода используемого тока различают электровозы постоянного тока и электровозы переменного тока. Есть также электровозы двойного питания постоянным и переменным током. В редких случаях электровозы получают электроэнергию от аккумуляторов (так называемые контактно-аккумуляторные электровозы), установленных на нем же. Электровозы имеют сложное механическое, электрическое и пневматическое оборудование.

К механической части электровоза относятся кузов и тележки. Тележка включает в себя раму, колесные пары с буксами, подвески тяговых двигателей, тяговые передачи, рессорное подвешивание, рычажно-тормозные передачи. Кузов электровоза специальными опорами (рис. 1), а иногда и рессорами опирается на тележки. Отечественные электровозы имеют две, четыре или шесть тележек. При двух тележках в каждой из них устанавливают три колесные пары (шестиосные электровозы), при четырех и шести тележках — две колесные пары (соответственно восьмиосные и двенадцатиосные электровозы). Рессорами и буксами с подшипниками рамы тележек связаны с колесными парами. Благодаря рессорам уменьшается воздействие электровозов на путь, меньше изнашивается оборудование электровоза, так как снижается сила ударов, воспринимаемых им при прохождении стыков и неровностей пути.

Колесные пары электровозов приводятся во вращение двигателями, называемыми тяговыми. Валы двигателей соединяют с осями колесных пар зубчатыми передачами — редукторами. Колесные пары, приводимые во вращение тяговыми двигателями, называют движущими.

Широкое применение получил индивидуальный тяговый привод, при котором каждая колесная пара приводится во вращение своим тяговым двигателем. Такой привод осуществлен на всех электровозах.

Один тяговый двигатель с помощью специального редуктора может приводить во вращение, например, две колесные пары — это так называемый групповой привод, или монопривод. В России был построен опытный электровоз с моноприводом. Однако его характеристики (как технические, так и экономические) оказались хуже, чем у электровозов с индивидуальным приводом. Поэтому производство таких электровозов было признано нецелесообразным.

Электрическая часть электровозов, кроме тяговых двигателей, содержит множество различных аппаратов, предназначенных для пуска тяговых двигателей, изменения скорости и направления движения локомотива, электрического торможения, защиты оборудования от перегрузок, перенапряжений и токов короткого замыкания. Конструкция этих аппаратов зависит от рода используемого тока, но, как и тяговые двигатели, они находятся под высоким напряжением. Управляют ими обычно дистанционно (на расстоянии) — из кабины машиниста. Это система косвенного управления. Она применена на всех отечественных магистральных электровозах.

В качестве источника тока низкого напряжения при системе косвенного управления используют генераторы управления или полупроводниковые преобразователи. От них, кроме низковольтных аппаратов (т. е. аппаратов низкого напряжения), получают энергию приборы освещения и заряжается аккумуляторная батарея.

Для управления многими аппаратами используется сжатый воздух. Его получают с помощью компрессоров. Чтобы привести в действие пневматические (воздушные) тормоза локомотива и состава, т. е. чтобы управлять ими, также используют воздух, сжимаемый компрессорами.

Тяговые двигатели, часть электрических машин и аппаратов, выделяющих при работе значительное количество тепла, охлаждают потоками воздуха, создаваемыми вентиляторами. Мощные трансформаторы на электровозах переменного тока охлаждают маслом, циркуляция которого обеспечивается центробежными насосами.

Вентиляторы, компрессоры и насосы (вспомогательные механизмы) приводятся в действие отдельными электрическими двигателями (моторами). Агрегат, состоящий из вспомогательного механизма и мотора, представляет собой вспомогательную машину и его принято называть соответственно мотор-вентилятором, мотор-компрессором, мотор-насосом. К вспомогательным машинам относятся и генераторы тока управления, которые обычно отдельных двигателей не имеют; их устанавливают на одном валу с каким-либо вспомогательным двигателем (например, с двигателем вентилятора).

Электрические машины обладают свойством обратимости, т. е. могут работать в качестве, как двигателей, так и генераторов. На многих электровозах при движении по спуску, а в некоторых случаях и перед остановками тяговые двигатели переключают для работы в качестве генераторов. При этом кинетическая энергия и потенциальная, запасенная в поезде, преобразуются в электрическую и передаются в контактную сеть. Этот процесс называется рекуперацией электрической энергии. Рекуперация используется для электрического торможения поезда. На части электровозов электрическая энергия, вырабатываемая в генераторном режиме, поглощается в резисторах, превращаясь в тепловую. Такой способ электрического торможения называют реостатным. Чтобы осуществить рекуперацию, на электровозах постоянного тока устанавливают специальные мотор-генераторы для возбуждения тяговых двигателей, без которых они не могут устойчиво работать как генераторы.

Электрическое оборудование электровозов, работающее под высоким напряжением, объединено в две электрические высоковольтные цепи — силовую цепь, включающую в себя тяговые двигатели, пусковую и регулирующую аппаратуру, и цепь вспомогательных машин со своей аппаратурой. Низковольтные электрические аппараты, с помощью которых управляют аппаратами силовой и вспомогательных цепей, объединены в цепь управления.

Аппараты отключают и включают электрические машины в работу, а также устанавливают требуемое направление и скорость движения электровоза. Аппаратами управления машинист включает в кабине приводы аппаратов и тем самым регулирует работу двигателей и вспомогательных машин.

Электровозы ВЛ10 и ВЛ10У (рис. 1) предназначены для работы с грузовыми поездами на магистральных железных дорогах России, электрифицированных на постоянном токе с напряжением в контактной сети 3000 В.

Все оборудование электровозов рассчитано на надежную работу при напряжении в контактной сети от 2200 до 4000 В. Изменение температуры окружающего воздуха вне кузова допускается от

— 50 до +40 °С при влажности воздуха 90%, замеренной при температуре +27 °С. Высота над уровнем моря не более 1200 м.

В электрической схеме электровоза предусмотрены тяговый и рекуперативный режимы. Для регулирования частоты вращения тяговых двигателей предусмотрены три схемы их соединения: последовательное — «С», когда все восемь тяговых двигателей соединены последовательно и образуют одну группу (на «С» соединении на каждом двигателе напряжение будет 375В); последовательно – параллельное — «СП», когда имеются две группы тяговых двигателей, а в каждой группе – по четыре двигателя (на «СП» соединении на каждом двигателе напряжение будет 750В); параллельное — «П», когда имеются четыре параллельные группы и в каждой группе – по два тяговых двигателя (на «П» соединении на каждом двигателе напряжение будет 1500В).

Основные технические данные электровозов ВЛ10 и ВЛ10у следующие:

№№ п/п Наименование Серия электровоза
ВЛ10 ВЛ10у ВЛ10к
Номинальное питающее напряжение, В
Ширина колеи, мм I 520
Мощность часового режима на валах тяговых двигателей, кВт 5 360
Мощность продолжительного режима на валах тяговых двигателей, кВт 4 600
Передаточное отношение зубчатой передачи 88/23
Конструкционная скорость, км/ч
Масса с 2/3 запаса песка
Нажатие колесной пары на рельс, тс
Высота оси автосцепки от головки рельса, мм 980—1080
Диаметр колеса по кругу катания при новых бандажах, мм 1 250
Длина электровоза по осям автосцепки, мм 32 840

В режиме тяги на каждом из этих соединений можно работать как на полном поле ПП, так и на четырех ступенях ослабления поля с коэффициентами на каждом соединении: 0,75; 0,55; 0,43; 0,36.

Работа с выключенными поврежденными двигателями возможна на всех трех соединениях только в режиме тяги.

Все схемы составлены при условии наличия напряжения в контактной сети и поднятом токоприемнике электровоза. Элементы электрооборудования, имеющие рядом с цифрой (условное обозначение) индекс 1, относятся к первой половине (кузову) электровоза, имеющие индекс 2 – ко второй. Аналогично номера элементов электрооборудования и проводов, обозначенные на схемах в скобках, относятся ко второй половине электровоза. Все провода цепи управления, обозначенные цифрами без буквенного индекса (например, 0, 1, 2, 3 и т.д.), а также провода К5, К37, К63 и т.д. идут на клеммы контроллеров машиниста; провода, обозначенные буквой К (например, К10, К11 и т.д.), являются межкузовными, а провода, обозначенные буквой Н (например, Н15, Н16 и т.д.) – внутрикузовными. Провода 201 … 214 применены в схеме радиосвязи, К121 … К134 – в схеме локомотивной сигнализации, а провода 01, 02, 03 и т.д. являются запасными.

Читайте также:  Растет ток покоя усилителя

Положения блокировочных контактов и контактов контакторов изображены в основном при обесточенных включающих катушках электрических аппаратов. Положение групповых контакторов соответствует последовательному соединению тяговых двигателей, тормозных переключателей – тяговому режиму, реверсоров – положению «Вперед», переключателя вентиляторов – положению «высокая скорость вентиляторов».

Каждый электрический провод имеет свое обозначение в виде ярлычков, надетых на начало и конец данного провода. Система обозначения низковольтных и высоковольтных проводов несколько различна. Обозначение низковольтных проводов на электровозе и электромонтажных схемах соответствует их обозначению в принципиальной схеме (например, К1, Н12, 47 и т.д.). В принципиальной схеме низковольтному проводу обозначение присваивается со всеми его ответвлениями, т.е. участку цепи с постоянной электрической связью и одинаковым потенциалом. Этим и обуславливается наличие на электровозе от одного до нескольких проводов с одинаковым обозначением.

В высоковольтных монтажных цепях каждый отдельный провод имеет свое обозначение. Надпись на ярлычке условно обозначает зажим того аппарата, к которому подсоединяется данный конец провода. При этом первую часть обозначения составляет номер аппарата по схеме, а вторая часть указывает на зажим аппарата (например, 1В, 296-2, 273А и др.).

Полное обозначение монтажного провода при упоминании его в тексте выполняется в виде записи надписей на обоих ярлычках через дефис. Например, 8В-69+. Это означает, что одним концом провод подсоединен к зажиму верхнего контакта контактора 8, а вторым – к плюсовому зажиму шунта амперметра 69.

Наименование зажимов, верхний, средний, нижний на аппаратах приняты условно – по их установке с ориентацией от пола кузова. На контакторах с дугогашением зажим верхнего контакта в монтажной схеме всегда совпадает с контактом со стороны обозначения дугогашения на принципиальной схеме.

В электромонтажных схемах в отличие от принципиальной схемы цифровые индексы после схемного обозначения аппарата указывают только на тот зажим аппарата, к которому подсоединяется данный провод. В некоторых случаях для упрощения первую часть обозначения вместо номера по принципиальной электрической схеме составляет условный знак. Например, Т15 – зажим №15 тормозного переключателя; Я1- начало обмотки якоря первого тягового двигателя; КК2- конец обмотки возбуждения второго тягового двигателя и т.д. Провода, подсоединяемые к зажимам отключателей двигателей (ОД), имеют маркировки от 001 до 018. Провода, подсоеди-няемые к корпусу электровоза специальными бобышками, имеют обозначение «G» или «Ж».

Сочетание букв (условный знак) Что обозначает
в первой части обозначения в второй части обозначения
В Двигатель вентилятора Зажим верхнего контакта или один из зажимов некоторых аппаратов
Г Генератор управления Один из зажимов некоторых аппаратов
К Начало обмотки возбуждения тягового двигателя или двигатель компрессора Начало обмотки последовательного возбуждения вспомогательных двигателей
К Межкузовной низковольтный провод
КК Конец обмотки возбуждения тягового двигателя Конец обмотки последовательного возбуждения вспомогательных двигателей
Н Начало обмотки независимого возбужде-ния двигателя преобразователя, генерато-ра преобразователя и противокомпаунд-ных обмоток в цепи якорей тяговых двигателей Зажим нижнего контакта
Внутрикузовной низковольтный провод
НН Конец обмотки независимого возбуж-дения двигателя преобразователя, генератора преобразователя и противо-компаундных обмоток в цепи якорей тяговых двигателей
П Двигатель преобразователя
ПГ Генератор преобразователя
Р Резистор
С Зажим среднего контакта
Т Контакт тормозного переключателя
Ш Начало обмотки возбуждения генератора управления
ШШ Конец обмотки возбуждения генератора управления
Я Начало обмотки якоря тягового двигателя Начало обмоток якорей вспомогательных двигателей и генераторов
ЯЯ Конец обмотки якоря тягового двигателя Конец обмоток якорей вспомогательных двигателей и генераторов
G (Ж) Земля, корпус
r Резистор в цепях панели управления и независимого возбуждения генератора преобразователя
А, Б, Д Зажимы некоторых аппаратов

Монтаж цепей с номинальным напряжением 50В выполняют проводами на напряжение 1000В с определенными сечениями:

— для цепей управления выбирают сечения 2,5 кв. мм и 6 кв. мм;

— для цепей освещения, локомотивной сигнализации и сигнальных ламп – 1,5 кв. мм;

— для цепей радиостанции – 2,5 кв. мм, для многоамперных цепей – 25 кв. мм.

Монтаж высоковольтных цепей выполнен проводами с изоляцией на напряжение 4000В, с сечениями в соответствии с токовыми нагрузками от 4 до 185 кв. мм.

Провода цепей управления напряжением 50В и провода цепей напряжением свыше 1000В укладываются раздельно в отдельных пучках.

Источник

Сила тяги и тяговые характеристики локомотивов — Характеристики электроподвижного состава переменно-постоянного тока

Содержание материала

  • Сила тяги и тяговые характеристики локомотивов
  • Сцепление ведущих колес локомотива с рельсами
  • Физическая природа сцепления ведущих колес локомотива с рельсами
  • Коэффициент сцепления и методы его оценки
  • Тяговая характеристика автономного локомотива
  • Тяговые свойства тепловозного дизеля
  • Характеристики электрических передач тепловозов
  • Построение тяговой характеристики тепловоза по характеристикам электродвигателей
  • Опытные тяговые характеристики тепловозов с электрической передачей
  • Опыт создания тепловозов с электрической передачей переменного тока
  • Тяговые характеристики тепловозов с гидравлической передачей
  • Опытные тяговые характеристики тепловозов с гидравлической передачей
  • Тяговые характеристики тепловозов с механической передачей
  • Характеристики тяговых электродвигателей постоянного тока
  • Регулирование скорости движения и тяговые характеристики эпс постоянного тока
  • Тяговые характеристики элекроподвижного состава постоянного тока
  • Характеристики электроподвижного состава переменно-постоянного тока
  • Тяговые свойства электровозов с бесколлекторными электродвигателями

На железных дорогах России широко используется электрическая тяга переменного однофазного тока напряжением в контактной сети UKC = 25 кВ и промышленной частотой 50 Гц. На электроподвижной состав переменно-постоянного тока, работающий на переменном однофазном токе, устанавливают специальное оборудование для преобразования и регулирования напряжения и тока. В результате электроподвижной состав переменно-постоянного тока имеет более сложную конструкцию по сравнению с э.п.с. постоянного тока. Наибольшее распространение получили локомотивы со статическими преобразователями и тяговыми электродвигателями постоянного (пульсирующего) тока.
Основными элементами силовой цепи электровозов переменно-постоянного тока являются (рис. 46): тяговый трансформатор ТТ, выпрямитель В и тяговые электродвигатели ТЭД. Тяговый трансформатор ТТ предназначен для снижения напряжения переменного однофазного тока с величины UKC=25 кВ до рабочего Uтэд , обеспечивающего надежную работу тяговых электродвигателей при их параллельном соединении. В выпрямителе В, основу которого составляют полупроводниковые вентили, переменный однофазный ток рабочего напряжения Uтэд преобразуется в постоянный пульсирующий ток.
Для сглаживания пульсации выпрямленного тока последовательно с обмоткой якоря тягового электродвигателя ТЭД (см. рис. 46) включают мощный индуктивный реактор ИР. Совокупность тягового трансформатора ТТ, выпрямителя В и индуктивного реактора ИР называют статическим преобразователем электроподвижного состава переменно-постоянного тока.

Рис. 46. Принципиальная электрическая схема электроподвижного состава переменно-постоянного тока: ТТ — тяговый трансформатор; В — выпрямительная установка; ИР — индуктивный реактор; ТЭД — тяговый электродвигатель

Параллельно с обмоткой возбуждения тягового электродвигателя ТЭД дополнительно включают резистор Rш, предназначенный для уменьшения пульсации магнитного потока ТЭД, неизбежной при прохождении пульсирующего тока через последовательно включенную к обмотке якоря ТЭД обмотку возбуждения. Резистор Rш шунтирует обмотку возбуждения в постоянном режиме. Тем самым обеспечивается работа тяговых электродвигателей электроподвижного состава переменно-постоянного тока при так называемом нормальном (не при полном возбуждении ПП) возбуждении НВ со степенью ослабления магнитного потока а = 0,92-0,97.
В настоящее время основу парка грузовых электровозов переменно-постоянного тока составляют следующие серии локомотивов: восьмиосные ВЛ80р, ВЛ80С, ВЛ80Т, ВЛ80К с тяговыми электродвигателями НБ-418К мощностью длительного режима Рм = 790 кВт (каждый) и двенадцатиосные ВЛ85 с электродвигателями НБ-514 (Р^ = 835 кВт). На малодеятельных электрифицированных участках переменного тока эксплуатируют шестиосные грузовые электровозы ВЛ60К и ВЛ65. Пригородное сообщение обеспечивают электропоезда ЭР9П и ЭР9Е, пассажирское — ВЛ60П, ЧС4 и ЧС4Т.
Регулирование скорости движения электроподвижного состава переменно-постоянного тока осуществляют двумя способами: изменением коэффициента трансформации тягового трансформатора и, соответственно, величины рабочего напряжения тяговых электродвигателей и регулированием магнитного потока тяговых электродвигателей. Изменение схемы соединения тяговых электродвигателей на электроподвижном составе переменно-постоянного тока не применяют.
Основным способом регулирования скорости движения электровозов и электропоездов переменно-постоянного тока является изменение напряжения U выпрямленного тока, подводимого к тяговым электродвигателям.
В общем случае коэффициент трансформации тягового трансформатора равен
κτ=υксιυ2ττ,
где UKC — напряжение переменного тока в контактной сети, В; U2тт — напряжение переменного тока на вторичной обмотке тягового трансформатора, В.
Если пренебречь потерями напряжения в статическом преобразователе электровоза, величина U2тт будет равна рабочему напряжению тока, подводимому к тяговым электродвигателям. Изменяя ступенями число витков обмоток тягового трансформатора, регулируют коэффициент трансформации и, соответственно, величину напряжения на тяговых двигателях электровоза переменно-постоянного тока.
На отечественных электровозах и электропоездах переменно-постоянного тока применяют систему низковольтного регулирования, т.е. изменяют число витков на вторичной обмотке тягового трансформатора. На пассажирских электровозах ЧС4 и ЧС4Т применена система высоковольтного регулирования на первичной обмотке трансформатора.
Необходимо отметить, что напряжение в статическом преобразователе не остается постоянным, а зависит от тока нагрузки I .
Среднее значение выпрямленного напряжения Uд на тяговых электродвигателях, В:

где UBo — выпрямленное напряжение при холостом ходе (Iтад = 0) выпрямителя, В; ΔUΚ — реактивное падение напряжения из-за коммутации тока, В; ΔUR -падение напряжения от активного сопротивления трансформатора и сглаживающего реактора, пропорциональное величине Iтэд, В; ΔUвент — падение напряжения в вентилях, В.
Зависимость выпрямленного напряжения от тока электродвигателя называют внешней характеристикой преобразовательной установки. Внешнюю характеристику преобразовательной установки Uтэд=а (Iтэд) используют при построении расчетных тяговых характеристик э.п.с. переменно-постоянного тока.
На ряде серий электровозов и электропоездов (ВЛ80, ВЛ60К, ВЛ80Т, ВЛ80С, ЭР9) изменение ступеней регулирования напряжения на двигателях Uтэд выполняется машинистом при помощи рукоятки контроллера. На большинстве серий грузовых электровозов предусмотрено 33 позиции рукоятки контроллера машиниста, каждой позиции соответствуют коэффициент трансформации трансформатора и величина.
На электровозах ВЛ80Р и ВЛ85 применены преобразователи с плавно регулируемым выходным выпрямленным напряжением.
Основу этих преобразователей составляют мощные силовые тиристоры, позволяющие обеспечить четырехзонное регулирование напряжения, когда группа секций тягового трансформатора замещается одной секцией, напряжение которой равно суммарному напряжению нескольких секций. Этим обеспечивается плавное регулирование величины выпрямленного напряжения, подводимого к двигателям электровоза.
Регулирование магнитного потока Ф тяговых двигателей э.п.с. переменно-постоянного тока осуществляется на высшей позиции рукоятки контроллера машиниста (ПК33). Многоступенчатая система ослабления магнитного возбуждения на электровозах переменно-постоянного тока выполнена по аналогии с электроподвижным составом постоянного тока (см. рис. 41), число ступеней ослабления магнитного потока Ф 3-5.
Необходимо отметить, что на электровозах ВЛ85 и ВЛ65 вместо неуправляемых полупроводниковых вентилей используются тиристоры, которые позволяют плавно регулировать напряжение, подводимое к тяговым электродвигателям, и, соответственно, значение касательной силы тяги по сравнению с э.п.с. со статическими преобразователями.
Расчетные тяговые характеристики электровозов переменно-постоянного тока строят по электромеханическим характеристикам тяговых электродвигателей аналогично построениям для э.п.с. постоянного тока. Различие состоит в том, что скоростные характеристики колесно-моторного блока V=f (Iтэд) перестраивают с учетом внешней характеристики преобразователя для каждой ступени регулирования.
На рис. 47 представлены расчетные характеристики электровоза переменно-постоянного тока. Тяговые характеристики электровоза со статическим преобразователем представляют семейство кривых FK=f(V), пропорциональное числу ступеней регулирования величины Uтэд, т.е. позиций рукоятки контроллера машиниста (ПК1. ПК33). На высшей (ПКЗЗ) позиции рукоятки контроллера машиниста каждой ступени ослабления магнитного потока НП-ОП1-ОП2-ОП3 также соответствует своя характеристика FK=f(V).
Поле возможных тяговых характеристик электровоза переменнопостоянного тока ограничивается следующими предельными кривыми (см. рис. 47, а: а-b — ограничение по условиям сцепления колес с рельсами; b-c-d — ограничение по допустимому току (току коммутации) тяговых электродвигателей; d-e — ограничение по максимальной скорости движения.

Рис. 47. Расчетные характеристики электровоза переменно-постоянного тока: а — тяговая характеристика; б — кривая изменения касательной мощности

Читайте также:  В каких случаях ток отрицательный

Силовое оборудование электроподвижного состава переменно-постоянного тока рассчитывают из условий надежной работы на следующих основных режимах: расчетный (Vp), часовой (Vч) и длительный (V). Эти режимы соответствуют тяговой характеристике FK=f(V) локомотива на высшей (ПК33) позиции рукоятки контроллера машиниста и ступени нормального магнитного потока НП (см. рис. 47, а).
Так, по расчетному режиму работы электровоза переменно-постоянного тока (точка «в» на кривой FK=f(V) — см. рис. 47, а) устанавливают весовые нормы поездов для конкретных участков обращения локомотивов и проводят тяговые расчеты по определению скорости движения и времени хода поезда по перегону.
Касательная мощность Νκ электровоза переменно-постоянного тока изменяется (см. рис. 47, б) пропорционально росту напряжения на тяговых электродвигателях и, соответственно, увеличению коэффициента трансформации тягового трансформатора. При наборе позиций контроллера машиниста с ПК1 до ПК32 касательная мощность Νκ электровоза возрастает ступенчато, однако на рис. 47, б это изменение касательной мощности Νκ в функции скорости показано в виде линейной зависимости NK=f(V), построенной для удобства по средним значениям касательной мощности. Максимальная мощность Nкmах электровозом переменно-постоянного тока может быть реализована лишь при расчетной скорости Vp, т.е. при наборе наибольшей позиции рукоятки контроллера машиниста ПК33. В диапазоне Vp-VK касательная мощность Νκ электровоза несколько уменьшается, что объясняется потерями мощности при переходах НП-ОП1-ОП2-ОП3 и жесткостью характеристик тяговых электродвигателей с последовательным возбуждением. Часовой (V4) и длительный (V) режимы работы электровоза переменно-постоянного тока соответствуют рабочему диапазону. При сравнении тяговых качеств электровозов переменно-постоянного тока с тепловозной тягой целесообразно использовать скорость и силу тяги FK длительного режима электровоза и расчетные параметры тепловоза.
Опытные тяговые характеристики электроподвижного состава переменно-постоянного тока получают в результате тягово-энергетических и эксплуатационных испытаний.
В качестве примера на рис. 48. представлены тяговые характеристики FK =f( V) грузового электровоза ВЛ85 на 1,2,3 и 4-й зонах регулирования (при полностью открытых тиристорах) и трех ступенях ослабления магнитного потока НП-ОП1-ОП2-ОП3. На электровозе применено параллельное соединение тяговых электродвигателей. В случае боксования колесной пары уменьшается сила тока Iд связанного с ней тягового электродвигателя и ток нагрузки преобразователя.


Рис. 48. Тяговые характеристики электровоза ВЛ85

В соответствии с внешней характеристикой преобразователя в этом случае увеличивается напряжение на «боксующем» колесно-моторном блоке, что в итоге препятствует развитию процесса боксования локомотива.
В этой связи у электровоза ВЛ85 использование силы сцепления при трогании с места и разгоне существенно выше, чем на э.п.с. постоянного тока при последовательном соединении тяговых электродвигателей.
На электровозе ВЛ85 применена система управления по двум параметрам: току и скорости. Одной рукояткой управления машинист может задать значения пускового тока от 300 до 1100 А (на рис. 48 значения пускового тока отмечены штриховыми линиями), другой — скорость, при достижении которой ускорение поезда прекращается.
На графиках FK=f(V) электровоза ВЛ85 отмечены следующие ограничения силы тяги: кривая а-b — по сцеплению колес с рельсами; b-c-d — по току коммутации тяговых электродвигателей; d-e — по максимальной скорости движения. На кривой FK =f( V), соответствующей четвертой зоне регулирования и нормальному магнитному потоку НП, отмечены точки расчетного (Vр), часового (Vч) и длительного режимов работы электровоза. Как отмечалось ранее, длительный режим работы электровоза ВЛ85 (V=50 км/ч; FK=675 кН) соответствует расчетному режиму магистрального тепловоза.

Источник

Тяговые характеристики электровоза.

Тяговые характеристики представляют из себя зависимость силы тяги электровоза от скорости:

Эти характеристики строятся графическим путем из электромеханиче­ской характеристики, отражающей зависимость силы тяги колеса от тока для каждого соединения тяговых электродвигателей, как для полного возбуждения, так и для всех ступеней ослабления возбуждения. Поэтому электровоз ВЛ10 име­ет 15 автоматических характеристик, позволяющих определить силу тяги электро­воза при любой скорости и на любом соединении. Например: — При V = 10 км/час, Fk более 56 000 кгс, кривая зависимости выходит за пределы ограничения по сцеплению (под цифрой 1) и электровоз должен боксовать.

— При V = 20 км/час, ПВ на С соединении, Fk = 8 000 кгс, а при этой же скорости при ПВ+ОВ4 Fk = 16000 кгс.

— При V = 50 км/час ПВ + ОВ4 СП соединении Fk около 16 000 кгс, а при этой же скорости на П соединении при ПВ Fk около 32 000 кгс. и т.д.

Тяговые характеристики электровозов ВЛ10 и ВЛ10У

На тяговые характеристики нанесены ог­раничения в работе электровоза:

1. — ограничение по сцеплению. За преде­лами этого ограничения сила тяги элект­ровоза превышает силу сцеплению.

2. — ограничение по току 600 А. Определяет максимальную температуру нагрева обмо­ток тягового электродвигателя и коллектора. За пределами этого ограничения тем­пература нагрева превышает допустимую температуру, поэтому следование с боль­шими токами должно быть ограничено по времени.

3. — ограничение по ослаблению возбуждения ОВЗ на П соединении. Ограничение обуславливается коммутацией тяговых электродвигателей. За пределами это­го ограничения возрастает реакция якоря и ухудшается коммутация.

4. ограничение по конструктивной скорости 100 км/час. При ходовой части, рас­считанной на эту скорость, конструктивная скорость определяется креплением катушек обмотки якоря в пазах сердечника и прочностью коллектора. Исключение составляет электровоз ВЛ8, у которого конструктивная скорость снижена до 80 км/час из-за конструкции ходовой части.

Пуск электровоза.

При трогании электровоза с места противо-э.д.с. тяговых электродвига­телей равна нулю, поэтому при подключении к контактной сети восьми тяговых электродвигателей ток, протекающий по ним будет равен: I = Uкс : ( 8* Rтэд) = 3000 В: ( 8 * 00923 Ом)=4180 А

Очевидно, что величину этого тока необходимо ограничить. С этой це­лью в цепь тяговых электродвигателей вводят пусковой резистор. Величина со­противления этого резистора подбирается из расчета плавного трогания с места одиночного электровоза. Примером может служит электровоз серии ВЛ22М, у ко­торого величина сопротивления этого резистора равна 30 Ом и ток первой пози­ции равен 100А, обеспечивающий плавность трогания электровоза с места.

Совсем иначе обеспечивается плавность трогания с места электровоза ВЛ10. Для её обеспечения применили постепенное увеличение магнитного потока главных полюсов тяговых электродвигателей. Это выполнили следующим обра­зом. На первой позиции контроллера машиниста тяговые электродвигатели рабо­тают с глубоким ослаблением возбуждения равным — 55%. На второй позиции тяговые электродвигатели переключаются на полное возбуждение, а с третьей позиции уменьшается величина сопротивления пускового резистора, т.е. начинается реостатный пуск электровоза. Таким образом, при малой величине сопротивления пускового резистора, плавность пуска электровоза ВЛ10 обеспечена постепенным увеличением маг­нитного потока главных полюсов его электродвигателей. Почему же её не обес­печили путем включения в их цепь пускового резистора, с величиной сопротивле­ния обеспечивающего плавность пуска одиночного электровоза? Дело все в том, что при малой величине сопротивления пускового резистора и при том же коли­честве ящиков типа КФП этого резистора (12), появилась возможность элементы, из которых собраны ящик, соединить в большее количество параллельных ветвей, чем и уменьшить ток, проходящий по ним, а значит уменьшить нагрев эле­ментов.

Читайте также:  Полупроводниковый диод служит для выпрямления переменного тока

Вывод: уменьшенная величина сопротивления пускового рези­стора обеспечила уменьшение нагрева его элементов, а увеличение маг­нитного потока главных полюсов с глубокого возбуждения до полного возбуждения, обеспечила плавность пуска одиночного электровоза при этой уменьшенной величине сопротивления пускового резистора.

Пусковая диаграмма.

Пусковая диаграмма, это семейство скоростных характеристик, выпол­ненных на различные напряжения, т.е. для каждой реостатной и ходовых позиций контроллера машиниста. Она отражает пуск электровоза.

Пусковая диаграмма электровоза ВЛ11

Позиции с первой по восьмую являются маневровыми.

На позициях 1-4 отражен пуск электровоза ВЛ11 по № 489 путем постепенного увеличения маг­нитного потока главных полюсов тяговых электродвигателей с 16 % ослабления возбуждения до полного возбуждения на четвертой позиции. С пятой позиции -начало реостатного пуска. Величина сопротивления секций пускового резистора выводимых из цепи тяговых электродвигателей на этих позициях подобрана так, чтобы скорость увеличивалась незначительно, сохраняя плавность пуска одиноч­ного электровоза, полученную на первых позициях.

С девятой позиции отражен вывод из цепи тяговых электродвигателей секций пускового резистора с большей величиной сопротивления. Для того что­бы скорость возрастала, а сила тяги не снижалась, тяговые электродвигатели переводятся с одной на другую скоростную характеристику (позицию). Пусковой ток при этом поддерживается в пределах 520-570 А , т.е. средний пусковой ток имеет величину 520 А, которая обеспечивает увеличение силы тяги до величины не превышающую силу сцепления.

Горизонтальные участки диаграммы отражают увеличение силы тока при переходе с одной позиции на другую, происходящей из-за уменьшения величины сопротивления пускового резистора.

Наклонные участки диаграммы отражают увеличение скорости при перехо­де на высшие позиции (при увеличении силы тока увеличилась сила тяги) и од­новременно уменьшение силы тока (при увеличении скорости увеличилась противо-э.д.с.)

При переходе с 21 позиции СП соединения на 22 позицию П соединения тя­говых электродвигателей отражено уменьшение силы тока, происходящее из-за ввода в цепь тяговых электродвигателей части пускового резистора, который был полностью выведен на 21 позиции.

Позиции 21 и 37 называются автоматическими скоростными характеристи­ками, так как на этих позициях сила тока и сила тяги регулируются автоматически противо-э.д.с. Например, чем круче подъём, тем меньше частота вращения яко­рей тяговых электродвигателей, меньше противо-э.д.с., а значит больше сила тока, что вытекает из закона Ома, и сила электровоза тяги и наоборот.

Регулирование скорости.

Для того, чтобы разогнать электровоз до требуемой скорости необходимо увеличить напряжение на тяговых двигателей или применить какие-то другие способы регулировки скорости. Эти способы вытекают из следующей формулы:

V =

Uk — напряжение на коллекторах электродвигателей,

С — постоянный коэффицент э.д.с.,

Rп — величина сопротивления пускового резистора,

Ф — магнитный поток электродви­гателей.

R тэд — величина сопротивления обмоток тягового электродвигателя.

1 Способ: постепенным уменьшением величины сопротивления пуско­вого резистора, вводимого в цепь тяговых электродвигателей для ограничения их пускового тока. Уменьшение величины сопротивления пускового резистора осу­ществляется перемещением главной рукоятки контроллера машиниста с первой позиции, по реостатным позициям, до ходовой позиции. На каждой из реостатных позиций величина сопротивления пускового резистора уменьшается путем зако­рачивания его секций или соединением их в параллельные ветви при помощи реостатных контакторов. Уменьшение сопротивления пускового резистора сопро­вождается одновременно плавным увеличением напряжения на тяговых элек­тродвигателях до напряжения ходовых позиций, выбранных для пуска (С или СП соединение тяговых позиций на электровозе ВЛ10), на которых пусковой резистор полностью выведен (его сопротивлению равно нулю).

2 Способ: увеличением напряжения на коллекторах тяговых электро­двигателей. Повышение напряжения на тяговых электродвигателях выполняется путем изменения соединения тяговых электродвигателей: С, СП или П соедине­ние. При изменении соединения, во избежание броска тока, в цепь тяговых дви­гателей вновь вводиться пусковой резистор. Величина сопротивления резистора вновь постепенно уменьшается на реостатных позициях, и резистор полностью выводится на ходовых позициях этих соединений. Напряжение на тяговых элек­тродвигателях на ходовых позициях контроллера машиниста для электровоза ВЛ10 на С соединении равно 3000 В : 8 = 375 В, на СП соединении — 3000В : 4 =750 В и на П соединении — 3000В: 2 = 1500 В.

3 Способ: ослабление возбуждения тяговых электродвигателей. Ослабление возбуждения тяговых электродвигателей выполняется путем пере­вода тормозной рукоятки контроллера машиниста на позиции ОП1, ОП2, ОПЗ или ОП4.

При этом параллельно двум обмоткам возбуждения тяговых двигателей подключается резистор ослабления возбуждения Roп, имеющий четыре секции: 1-2, 2-3, 3-4, 4-6. Ток, пройдя по обмоткам якорей, протекает по обмоткам возбуж­дения и параллельно через соответствующую секцию резистора Roп, подключен­ную контакторами К1 на ОП1, К1 и К2 на ОП2, К1 и КЗ на ОПЗ и К1 и К4 на ОП4. Степень ослабления возбуждения на позиции ОП1 =75%, на ОП2 = 55%, на ОПЗ = 43% и на ОП4 = 36%, т.е. на каждой из позиций ОП по обмоткам возбуждения протекает ток, равный части тока якоря в процентном отношении указанном выше.

Источник



И ПУСКОВАЯ ДИАГРАММА. ЭЛЕКТРОТЯГОВАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ЭЛЕКТРОВОЗА

Каждому состоянию силовой цепи (позиции), которое характеризуется определенным набором регулируемых параметров ( ; RП; β) соответствует своя скоростная характеристика V(I).

В работе нужно рассчитать и построить скоростные характеристики для всех ступеней регулирования, чтобы иметь представление об управлении электровозом в процессе разгона поезда.

Расчет и построение скоростных и электротяговых характеристик электровоза постоянного тока при реостатном регулировании на последовательном

И параллельном соединениях ТЭД (позиции 1-11)

Расчет координат точек скоростных и электротяговых характеристик выполнить по форме табл. 3.1. В таблицу записать токи двигателя из таблицы расчета параметров ТЭД (табл.1.2). Соответственно токам из табл. 1.2 записать и значения CV · Ф.

Сила тяги электровоза определяется путем умножения силы тяги двигателя из
табл. 1.2 на число ТЭД электровоза NД = 8. Порядковые номера позиций и напряжение питания должны соответствовать таблице замыкания контакторов (табл. 2.1).

Расчетное сопротивление силовой цепи в омах, отнесенное к одному двигателю, определить из условия:

,

где RП — сопротивление реостата на очередной (n-й) позиции (табл. 2.1), Ом;

k — число последовательно соединенных двигателей.

Расчет скорости движения выполнить по формуле скоростной характеристики, км/ч:

,

где n — порядковый номер позиции;

i — порядковый номер значения тока.

Сила тяги электровоза рассчитывается по формуле:

Fк(50) = Fкд * Nд = 21 * 8 = 165;

Расчетное сопротивление силовой цепи в омах, отнесенное к одному двигателю рассчитывается по формуле

(Rп + rд ) = Ri/k + rд = 5,314/4 + 0,1 = 1,4285;

Все расчеты заносим в таблицу 3.1

Расчет скоростных характеристик электровоза при реостатном регулировании

Ток двигателя I, А 275,53 413,30 551,06 688,83 826,60 964,36
Удельная ЭДС CV · Ф, 23,00 27,30 30,30 32,10 33,70 34,90
Сила тяги электровоза FК, кН 173,39 308,70 456,84 604,97 762,15 920,83
Позиция Напряжение питания , В Сопротивление цепи, отнесенное к одному ТЭД ( ) , Ом Скорость движения V, км/ч
1,3610 16,30 6,87 0,00 -5,84 -11,13 -16,12
1,1286 19,09 10,39 4,23 -0,85 -5.43 -9.70
0,8962 21,87 13,90 8,45 4,13 0,27 -3,28
0,6768 24,50 17,23 12,44 8,84 5,66 2,79
0,4573 27,13 20,55 16,44 13,55 11,04 8,85
0,2636 29,45 23,48 19,96 17,71 15,79 14,20
0,0700 31,77 26,41 23,48 21,86 20,54 19,56
1,3610 48,91 34,34 24,75 17,52 11,13 5,37
0,8962 54,48 41,38 33,21 27,50 22,53 18,21
0,4573 59,74 48,02 41,19 36,92 33,29 30,34
0,0700 64,38 53,89 48,23 45,23 42,79 41,05

По данным табл. 3.1 построили семейство скоростных характеристик V (I).

Расчет и построение скоростных и электротяговых характеристик электровоза при регулировании возбуждения (позиции 12 и I3)

Рассчитали ток в обмотках возбуждения двигателя при включенных контакторах Ш1 и Ш2 , соответствующий каждому значению тока двигателя IВi = βi · Ii , β1 = 0,62 — коэффициент ослабления возбуждения первой ступени (позиция 12).

Аналогичный расчет выполнили при второй ступени ослабления возбуждения, когда на позиции 13 замкнуты контакторы Ш1, Ш2, Ш3, Ш4 и β2 = 0,40.

Расчет скорости движения выполняем по формуле, используя уравнение скоростной характеристики:

V = Uc – I * rд / (Сv * Ф)

V = Uc – I * rд / (Сv * Ф) = 1500 – 262,5 * 0,1 / 16 = 92

Источник