Как изменяется скорость дтп при ослаблении возбуждения
При движении на ходовой позиции, когда увеличить частоту вращения двигателей повышением напряжения невозможно, применяют ослабление их возбуждения.
Как известно, частота вращения якоря тягового двигателя прямо пропорциональна напряжению, подводимому к нему, и обратно пропорциональна магнитному потоку главных полюсов. Следовательно, при неизменном напряжении для увеличения частоты вращения двигателя необходимо уменьшить магнитный поток, т. е. ослабить магнитное поле, создаваемое обмоткой возбуждения. Достигается это шунтированием обмотки возбуждения резистором, в который ответвляется часть тока якоря. Чем меньше сопротивление резистора, тем больше ослабление возбуждения и выше скорость электровоза.
При полном возбуждении тяговых двигателей (ПП) обмотки возбуждения их шунтированы резисторами 1Р1-1Р0, 2Р1-2Р0, . 6Р1-6Р0 (см. рис. 8.46), включенными параллельно с резисторами 1Р2-1Р0, 2Р2-2Р0, . 6Р2-6Р0 через индуктивные шунты ИШ1-ИШ6 и диоды генераторной защиты ВК1-ВК6.
Резисторы (1-6) Р1 - (1-6) РО шунтируют обмотки возбуждения для отвода переменной составляющей выпрямленного тока с целью улучшения коммутации двигателей, работающих на пульсирующем токе. Это обеспечивает степень ослабления их возбуждения до 95 %.
На позиции ослабления возбуждения ОП1 включаются контакторы 65, 66, 71, 72, 77, 78 и параллельно резисторам (1-6)Р2-(1-6)Р0 подключаются резисторы (/-6)Р2- (/-6)РЗ, что обеспечивает ослабление возбуждения тяговых двигателей до 71 %. На позиции ОП2 дополнительно включаются контакторы 67, 68, 73, 74, 79, 80 и подключаются резисторы (1-6)Р2-(1-6)Р4, что обеспечивает ослабление возбуждения тяговых двигателей до 56 %.
На позиции ослабления возбуждения ОПЗ дополнительно к перечисленным контакторам включаются контакторы 69, 70, 75, 76, 81, 82 и параллельно резисторам (/-6)Р1- (1-6)Р0 подключаются индуктивные шунты ИШ1-ИШ6, что обеспечивает ослабление возбуждения тяговых двигателей до 46 %.
Таким образом, для пуска и регулирования скорости электровоза имеются 33 ступени напряжения трансформатора и три ступени ослабления возбуждения на каждой ходовой позиции.
Электровоз ВЛ60
Электродинамический тормоз электровозов ЧС2 Т и ЧС200
Скорость движения, кроме двух рассмотренных случаев, как изменение сопротивления реостата или изменение величины напряжения за счет изменения схем соединения двигателей, можно изменить за счет ослабления возбуждения (ОВ).
Ослабление возбуждения выполняется подключением параллельно обмотке возбуждения двигателя активного сопротивления. При этом, общее сопротивление цепи двигателя уменьшается, вызывая увеличение тока двигателя, и , значит, и силы тяги. Сила тяги оказывается больше сил сопротивления и скорость движения возрастает. По мере роста скорости движения противо эдс увеличивается, вызывая понижение тока.
В момент включения ОВ магнитный поток не меняется, т.к. Uдв = Е + Iдв х Rдв общ; Iдв х Rдв общ – величина малая, поэтому Uдв = Е или Uдв = СЕ х φ х V. Скорость движения мгновенно не меняется, поэтому в момент подключения Rш остается постоянным φ. На ЭПС применяется несколько ступеней ОВ.
Достоинством увеличения скорости движения за счет ОВ является то, что увеличение скорости происходит без увеличения напряжения на двигателе. Чрезмерное увеличение напряжения может вызвать нарушение изоляции.
Режим ОВ характеризуется коэффициентом регулирования возбуждения β, который показывает долю тока возбуждения от тока якоря.
; ; ;
Наименьшее допустимое значение β для каждого двигателя устанавливается заводом-изготовителем. Расчет величины сопротивления резистора производится через коэффициент регулирования возбуждения и сопротивления обмотки возбуждения.
Последовательно с сопротивлением ослабления возбуждения включается индуктивный шунт, исключающий резкий бросок тока при езде на ослаблении возбуждения при нестационарных режимах (При отрыве кратковременном полоза токоприемника от контактного провода во время движения) который может вызвать круговой огонь по коллектору. На последней ступени ослабления возбуждения индуктивный шунт выполняет роль сопротивления ослабления возбуждения.
25.1 Перерасчет характеристик полного поля на характеристики при ослаблении возбуждения:
Скоростной: берется точка а1 на характеристике полного поля, при этом определяется V1 и Iдвпп1, определяем откладываем на оси тока и проводим вертикальную линию до пересечения с горизонталью v1 и получаем точку а1. Затем берем еще несколько точек, аналогично подсчитываем и получаем скоростную характеристику ослабления возбуждения. При этом не учитываем изменения падения напряжения в обмотках двигателя, но они незначительные и сильного влияния не оказывают.
Электротяговой:берется точка а1 на характеристике ПП и определяем Fкпп и Iдвпп, пересчитываем и , получаем точку а2 и так далее берем несколько точек и получаем FкОВ(IдвОВ).
Тяговой: берем произвольную точку, определяем VПП и FкПП, подсчитываем, откладываем FкОВ и получаем точку а1 при той же V1. Берем несколько точек и получаем характеристику FкОВ(V).
По мере увеличения скорости тепловоза ток нагрузки уменьшается, а напряжение увеличивается по гиперболической части внешней характеристики генератора так, что поддерживается постоянная мощность дизеля. При определенной скорости наступает ограничение по напряжению. Дальнейшее некоторое увеличение скорости возможно при снижении нагрузки только за счет уменьшения тока при почти постоянном напряжении, что приводит к резкому уменьшению мощности генератора. Для расширения скоростного диапазона при сохранении достаточной тяги применяется ослабление поля возбуждения тяговых двигателей.
Величина магнитного потока прямо пропорциональна магнитодвижущей силе, т.е. току, проходящему по обмотке возбуждения и числу витков в ней. Поэтому, если параллельно обмотке возбуждения тягового электродвигателя подключить резистор, то через нее будет протекать только часть тока якоря и ее магнитный поток уменьшится. Ток в цепи вращающегося якоря электродвигателя зависит от разности приложенного напряжения и противо ЭДС. В свою очередь противо ЭДС прямо пропорциональна магнитному потоку и частоте вращения якоря. Так как скорость локомотива мгновенно измениться не может, то противо ЭДС в данном случае будет уменьшаться прямо пропорционально изменению магнитного потока возбуждения. Напряжение генератора в первый момент после подключения резистора будет значительно превосходить противо ЭДС тяговых электродвигателей, а ток в них и крутящий момент резко возрастут.
Система автоматического регулирования, поддерживающая мощность генератора постоянной, компенсирует возрастание тока уменьшением напряжения. При уменьшении разности между напряжением генератора и противо ЭДС электродвигателей до определенной величины возрастание тока прекратится. Величина шунтирующего резистора рассчитывается так, что новому режиму будет соответствовать точка в нижней части гиперболической внешней характеристики генератора. Это позволяет вновь использовать гиперболическую часть внешней характеристики при уменьшении нагрузки, а значит при увеличении скорости.
При переходе на очередную ступень более ослабленного поля за счет возрастания тока двигателей появляется возможность разгона до более высоких скоростей. Получается, что сколько имеется ступеней ослабления поля (сколько раз ослабляем поле) столько раз происходит возврат к началу внешней характеристики на данной позиции. При отключении ступеней ослабления поля происходит обратный процесс.
Включение ослабления поля возбуждения происходит до начала ограничения мощности на внешней характеристике генератора, и так чтобы не было рывков тепловоза и нежелательных переходных процессов в электрической цепи генератор–электродвигатели, которые могут привести к повреждению электрических машин, аппаратов и механической передачи.
На тепловозе используется автоматическое двухступенчатое ослабление возбуждения тяговых электродвигателей. Они управляют четырьмя контакторами 41КШ1–41КШ4 включения шунтирующих резисторов 24RШ1–24RШ8 (часть каждого резистора между выводами РО и Р1 относится к I ступени ослабления возбуждения, а часть между РО и Р2 ко II ступени).
1-я ступень ослабления поля возбуждения тяговых двигателей включается контакторами 41КШ1 и 41КШ3, катушки которых включаются системой 13МСКУД по жиле 8С:11 кабеля 8С.
2-я ступень ослабления возбуждения тяговых двигателей будет включена при включенной 1-ой ступени контакторами 41КШ2 и 41КШ4, катушки которых включаются системой 13МСКУД по жиле 8С:12 кабеля 8С.
- 24111.1, обмотка возбуждения М1, 24113.3;
- 24111.2, 24RШ1:Р0, резистор 24RШ1, 24RШ1:Р1, 24115, з.к.41КШ1, 24113.1;
Включение 2-ой ступени ослабления возбуждения тяговых двигателей и подключение параллельно обмоткам возбуждения резисторов 2-ой ступени происходит аналогично.
Цепь з.к. 41КШ2, 41КШ4 аналогична. При уменьшении скорости происходит отключение сначала контактов 41КШ2, 41КШ4 потом 41КШ1, 41КШ3, что приводит к переходу с ослабления возбуждения ТЭД 2-ой ступени, на 1-ю ступень и на полное возбуждение.
Тумблер ослабления поля (возбуждения) 35ТОП(354А6) служит отключателем схемы ослабления возбуждения при появлении неисправностей в силовых цепях и цепях управления ослабления возбуждения.
Переключение ступеней ослабления поля возможно в тяговом режиме при отсутствии режима поддержания скорости, отсутствии боксования колесных пар, на позиции дизеля не ниже третьей и при включенном тумблере 35ТОП на ведущем тепловозе.
Прямые переходы производятся при отношении расчетного тока на один тяговый двигатель к напряжению на выходе выпрямительной установки Itm/Umg менее чем значение константы Kfsf, обратные переходы – при отношении более чем значение константы Kfsb. Порядок включения:
– полное поле (контакторы 41КШ1-41КШ4 отключены)
– первая ступень (включены только 41КШ1, 41КШ3), (414А4)
– вторая ступень (включены КШ1(41K1) и КШ2 (41K2)).
Обратные переходы идут в обратном порядке.
В случае возникновения боксования текущая ступень ослабления поля сохраняется, но переход на следующую ступень во время боксования блокируется.
Между включениями/отключениями контакторов ослабления поля производится задержка 1 с.
В случае несрабатывания контакторов ослабления поля выдается алгоритмическая ошибка и ошибка электрических аппаратов. При этом контакторы ослабления поля отключаются. Повторный переход на ослабление поля возможен только после сброса нагрузки, установки контроллера в позицию 0.
Как следует из уравнения движения поезда, кривые движения представляют собой нелинейные функции V = ¦(t) и V = ¦(s). Прямое интегрирование уравнения движения поезда невозможно, так как подъинтегральное выражение не удается представить табличной функцией. При оценке расхода электроэнергии возможна линеаризация кривой движения поезда по перегону. При этом условно считают, что траектория движения поезда включает шесть участков рис.2:
- пуск (разгон до выхода на безреостатную характеристику параллельного соединения ТЭД);
- разгон до выхода на максимальную ступень ослабления возбуждения;
- разгон на автоматической характеристике;
- движение с постоянной скоростью;
 |
Рис.2
В зависимости от величины скорости Vп, которая определяется заданным временем хода по перегону и его длиной, в кривой движения могут отсутствовать участки разгона на ослабленном возбуждении, автоматической характеристике, движения с постоянной скоростью, рекуперативного торможения.
Разгон на каждом участке, а также замедление поезда считаем равноускоренным с ускорением, равным среднему ускорению на соответствующем участке:
где Fк – сила тяги (торможения), Н;
wо – основное удельное сопротивление движению, Н/кН;
iэ – эквивалентный уклон рассчитываемого участка, ‰;
1+g – коэффициент инерции вращающихся частей.
Знак "–" в формуле (37) соответствует режиму тяги, "+" – режиму торможения.
Правила выбора величины Fк сведены в табл.3.
Коэффициент инерции вращающихся частей поезда вычисляется как средневзвешенный для электровоза и состава:
где (1+g)э – коэффициент инерции вращающихся частей электровоза. (1+g)э = 1,225;
(1+g)в – коэффициент инерции вращающихся частей вагонов. (1+g)в = 1,035.
| Режим | Fк | Vср |
| Пуск | Fкр | |
| Разгон до выхода на максимальную ступень ослабления возбуждения | ||
| Разгон на автоматической характеристике | ||
| Рекуперативное торможение | ||
| Дотормаживание | Fктm |
Fка – Сила тяги электровоза при выходе на автоматическую характеристику ослабленного возбуждения, Н;
Fк80 – сила тяги электровоза при скорости 80 км/ч, Н. Рассчитывается аналогично Fка;
Fктm – тормозная сила электровоза при скорости, соответствующей скорости окончания рекуперации Vp min, Н;
Vов – скорость выхода на автоматическую характеристику ослабленного возбуждения, км/ч.
Расчет величин, входящих в табл.3 следует начать с выбора величины bmin. Первоначально принимают bmin = b4 (приложение 1); вычисляется величина СФк по формуле (5) при подстановке в нее Iв = Iя × bmin. Величина×Iя принимается по заданию. Вычисляется величина Vов:
Если полученная скорость больше 80 км/ч, то в качестве bmin принимается коэффициент ослабления возбуждения предыдущей ступени, пересчитывается Iв, СФк и V. Перебор ступеней ослабления возбуждения происходит до тех пор, пока V > 80.
Рассчитанную скорость необходимо сохранить в табл.4 как величину Vов. В качестве bmin в дальнейших расчетах необходимо использовать коэффициент ослабления возбуждения той ступени, для которой скорость, рассчитанная по формуле (38) меньше 80 км/ч.
После выбора величины bmin рассчитывается Fка по формуле (4).
Затем рассчитывается величина Fк80. Величины СФк и Iя для расчета Fк80 определяются методом последовательных итераций (приближений) в следующем порядке:
1. Величины СФк и Iя принимаются из расчета Fка.
2. Вычисляется скорость, соответствующая принятым СФк и Iя, по формуле (39).
3. Если V < 79, то Iя уменьшается на произвольную величину, но не более 10 А.
4. По формуле (5) вычисляется СФк при Iв = Iя × bmin.
5. По формуле (39) вычисляется V. Уменьшение величины Iя необходимо производить до тех пор, пока не выполнится условие
| 79 £ V £ 81. | (40) |
Подбор величины Iя нетрудно произвести в оболочке Microsoft Excel с помощью опции "сервис, подбор параметра".
После расчета величин Fка и Fк80 необходимо произвести их проверку по условиям сцепления колес с рельсами. Для этого по формуле (19) вычисляется коэффициент сцепления колес с рельсами для скоростей Vов и 80 км/ч, а по формуле (17) – ограничение по сцеплению Окончательно Fка и Fк80 принимаются по условию, аналогичному условию (20).
Величина Fктm рассчитывается по формуле (29) при подстановке в нее величины Iя по заданию и величины СФк = СФкт max. Величина СФкт max вычисляется по формуле (5) при подстановке в нее максимального значения тока возбуждения в режиме рекуперации (приложение 1).
Производится проверка величины Fктm по условиям сцепления колес с рельсами. Коэффициент сцепления колес с рельсами рассчитывается по формуле (19) для скорости Vp min; ограничение по сцеплению – по формуле (34). Окончательно Fктm принимается по условию, аналогичному условию (35).
Скорость окончания рекуперации вычисляется из условия равенства ЭДС ТЭД и напряжения контактной сети на низшем соединении ТЭД в режиме рекуперации для заданного значения тока якоря:
При четном числе секций электровоза низшим соединением ТЭД является последовательное (m = 8), при нечетном – последовательно-параллельное (m = 4).
Величина основного удельного сопротивления движению вычисляется отдельно для каждого участка по формуле
Величины и вычисляются по формулам (10)-(12) при подстановке в них скоростей движения Vсp (табл.3).
Результаты расчетов в пояснительной записке следует оформить в виде таблицы:
| Пуск | Vр, км/ч | Fк, Н | wo, Н/кН | ап, м/с 2 |
| Разгон до выхода на максимальную ступень ослабления возбуждения | Vов, км/ч | Fк, Н | wo, Н/кН | аов, м/с 2 |
| Разгон на автоматической характеристике | Fк, Н | wo, Н/кН | аа, м/с 2 | |
| Рекуперативное торможение | Vp min, км/ч | Fк, Н | wo, Н/кН | арт, м/с 2 |
| Дотормаживание | Fк, Н | wo, Н/кН | адт, м/с 2 |
Величина эквивалентного уклона рассчитываемого участка вычисляется по формуле
Читайте также: