Двигатели постоянного тока

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Графики мощности, температуры нагрева и потерь двигателя при кратковременном режиме работы

Кратковременным номинальным режимом работы (S2) называют режим, при котором периоды неизменной номинальной нагрузки чередуются с периодами отключения; при этом в период нагрузки температура перегрева двигателя не достигает установившегося значения, а в период отключения его температура достигает температуры окружающей среды. В этом режиме принимаются стандартные продолжительности включения: t_р=10,30,60 и 90 мин. двигатель ток электродинамический тормозной

Повторно-кратковременным режимом работы называют режим, при котором кратковременные рабочие периоды неизменной номинальной нагрузки чередуются с периодами отключения (паузами), причем как рабочие периоды, так и паузы не настолько длительны, чтобы превышения температуры могли достигнуть установившихся значений.

В этом режиме продолжительность цикла не превышает 10 мин и режим характеризуется относительной продолжительностью включения (ПВ в процентах, которая определяется по выражению

ПВ=(t_р/t_ц)100%.

Стандартные значения ПВ=15,25,40и60%.

Остальные режимы в той или иной степени являются разновидностями перечисленных трех режимов: S4 - повторно-кратковременный режим с частыми пусками; S5 - повторно-кратковременный режим с частыми пусками и электрическим торможением;S6 - перемежающийся режим работы; S7 - перемежающийся режим с частыми реверсами; S8 - перемежающийся режим с двумя или более скоростями.

2. Управление электродинамическим торможением двигателя постоянного тока

Одним из важных качеств тепловозов с электропередачей в повышении безопасности движения - возможность применения электродинамического торможения (ЭДТ), которое обладает рядом преимуществ по сравнению с пневматическим. Мощность пневматического торможения ограничена по условиямнагрева и механической прочности бандажей колесных пар, тогда как при электродинамическом торможении это ограничение отсутствует. Благода ря лучшим противоюзным свойствам электродинамический тормоз позволяет реализовать более высокие тормозные усилия, ограниченные по усло виям сцепления колес с рельсами. Благодаря большой мощности электродинамического тормоза в ряде случаев возможно выполнение слу жебного торможения одним лишь локомотивом, без включения пневма тического тормоза (ПТ) состава или с использованием его в минимальной степени.

Весьма эффективно электродинамиче ское торможение на спусках. Гиб кость в регулировании и быстро действие ЭДТ позволяют с большой точностью поддерживать скорость движения на уклоне, облегчают процесс управления торможением. Длительность торможения не ограничивается, что особенно важно в случае затяжных спусков. В связи с повышением скорости движения пассажирских поездов возрастает значение ЭДТ как эффективного экстренного тормоза. Ис пользование ЭДТ часто является единственным средством получения требуемого тормозного пути локомотива. В случае ЭДТ обеспечивает ся также возможность ведения поезда без толчков и реакций, беспо коящих пассажиров.

Оборудование тепловозов ЭДТ не исключает пневматического тормоза, который отличается высокой надежностью и используется в качестве резервного. Применение ЭДТ значительно сокращает время работы пнев матического тормоза как локомотива, так и состава, тем самым умень шая износ тормозных колодок и бандажей колесных пар и увеличивая срок их службы.

Наряду с изложенными выше преимуществами необходимо учиты вать, что введение электродинамического торможения требует дополнитель ного оборудования (тормозные резисторы с устройствами вентиляции, коммутационная и регулировочная аппаратура), усложняющего конструкцию тепловоза. В настоящий момент применение ЭДТ предусматривается на всех отечественных перспективных магистральных и маневровых тепловозах.

Общие требования к электрическому торможению:

1) эффективное действие тормоза в рабочем диапазоне скоростей движения локомотива;

2) гибкость управления и автоматическое регулирование по за данным характеристикам с учетом ограничений;

3) минимальный расход топлива дизелем в процессе торможения;

4) малое время подготовки к торможению;

5) устойчивость режимов торможения;

6) минимальное усложнение конструкции электропередачи и ее стоимости при высокой надежности работы.

Степень реализации этих требований определяет техническую эффективность систем электрического торможения.

Силовая схема электродинамического торможения

При ЭДТ тяговые двигатели работают в ге нераторном режиме, благодаря чему и создается тормозной момент на осях тепловоза [6, 8, 15]. Вырабатываемая при торможении энергия тяговых двигателей га сится в тормозных резисторах, так как отсутствие контактной сети не позволяет использовать ее производительно. Якоря тяговых двигателей включены на индивидуальные тормозные резисторы (ТР). В тормозном режиме тя говые двигатели имеют независимое возбуждение. В качестве возбуди теля используется тяговый генератор. Обмотки возбуждения двигате лей соединены последовательно и подключены к выпрямительной ус тановке.

Поскольку цепь обмоток возбуждения двигателей обладает низким сопротивлением, то для питания их требуется невысокое напряжение, соизмеримое с напряжением остаточного магнетизма генератора. Рабо та в зоне очень малых напряжений генератора является неустойчивой, поэтому для повышения напряжения в цепь обмоток возбуждения включаются балластные резисторы. Кроме того, балластные резисторы в несколько раз снижают постоянную времени цепи, что также повы шает устойчивость работы замкнутой системы регулирования ЭДТ.

Тормозные и балластные резисторы выполняются с применением ленты из сплава с высоким удельным омическим сопротивлением и имеют принудительный обдув с помощью мотор-вентиляторов. Для привода вентиляторов применяются двигатели последовательного возбуждения, питаемые от тормозных резисторов.

Частота вращения мотор-вентилятора, а следовательно, и пропорциональный ей расход охлаждающего воздуха изменяются в зависимости от тока якоря тягового двигателя Iп. В то же время рассеиваемая мощность ТР изменяется пропорционально квадрату тока Iя, поэтому можно считать, что при частичных нагрузках ЭТ обеспечивается избыток охлаждающего воздуха, а наиболеенапряженным по теплу является режим полной мощности.

Перевод силовой схемы электропередачи из тягового в тормозной режим и обратно осуществляется с помощью тормозного переключателя ТП в обесточенном состоянии цепей (возбуждение генератора снято, контакторы КП разомкнуты). После установления тормозного переключателя в положение «тормоз» включаются контакторы КП, замыкая цепи якорей и возбуждения тяговых двигателей, и возбуждение генератора. Время перехода в тормозной режим (до момента появления тока двигателей) составляет примерно 1 с от исходного режима выбега при выключенной тяге и 2,5 с от исходного режима тяги. Процесс разборки схемы происходит в обратной последовательности.

В режиме ЭДТ частота оборотов коленчатого вала дизеля поддерживается автоматически в зависимости от температуры ТЭД и тормозных резисторов.ЭДТ имеет защиту по максимальному и минималь ному тормозному току, которая осуществляется посредством реле на пряжения Р1, Р2, включенных на параллельно соединенные секции тормозных резисторов.

Характеристики электродинамического тормоза и их расчет

Зависимость тормозного усилия от скорости движения В = f (v) представляет собой тормозную характеристику тепловоза [2]. Различают два вида тормозных характеристик: предельные и регулировочные. Предельные характеристики соответствуют некоторым максимально допустимым параметрам электрического тормоза. К этим предельным параметрам относятся:

1) длительный ток якоря тягового двигателя (тормозной ток). Ве личина этого тока ограничена нагревом тормозных резисторов и яко ря двигателя;

2) длительный ток возбуждения тягового двигателя;

3) максимальная реактивная эдс тяговых двигателей. Это огра ничение может быть выражено в виде максимально допустимой вели чины произведения тока якоря на частоту вращения двигателя [I_я, n];

4) максимальное тормозное усилие, ограниченное сцеплением. Это ограничение, в отличие от предыдущих, не является постоянным и мо жет изменяться в зависимости от состояния рельсового пути и погод ных условий.

Наряду с этими ограничениями имеется ограничение по потенциаль ным условиям на коллекторе, однако для тепловозных двигателей, как правило, лимитируется ограничение по реактивной эдс.

Тормозное усилие в большинстве случаев регулируется изменением магнитного потока двигателей, т. е. регулированием напряжения генератора, которое осуществляется:

1) изменением частоты вращения вала дизеля;

2) изменением силы тока возбуждения возбудителя.

Тормозное усилие можно регулировать также изменением величины тормозного сопротивления. Электромагнитный момент, развиваемый на валу двигателя,

, (8.1)

где с_м постоянная; I ток якоря двигателя, работающего в тормозном режиме (тормозной ток); Ф магнитный поток.

Для цепей тормозного тока можно написать уравнение равновесия эдс

, (8.2)

где R_т величина тормозного сопротивления; Уr_дв суммарное сопротивление обмоток электродвигателя, включаемых в цепь; сопротивление цепи тормозного тока; n частота вращения якоря электродвигателя.

Согласно формуле (8.3) при постоянном значении потока тормозной момент, развиваемый электродвигателем, пропорционален частоте вращения якоря, следовательно, характеристика М_т = f(n) (без учета реакции якоря) изображается прямой линией, проходящей через начало координат

Угол наклона этой прямой зависит от величины магнитного потока, который определяется током возбуждения электродвигателя. Частота расположения прямых при увеличении тока возбуждения возрастает вследствие насыщения магнитной цепи машины.

Из выражения (8.4) следует, что при постоянстве тормозного тока тормозной момент электродвигателя обратно пропорционален частоте его вращения и зависимость М_т = f(n) изображается гиперболой.

Тормозные характеристики представляют собой зависимость тормозного усилия от скорости движения; их можно получить, используя соотношения (8.3) и (8.4), в которых тормозной момент двигателя необходимо привести к ободу движущегося колеса.

Тогда тормозное усилие определяется уравнениями

; (8.5)

, (8.6)

где м передаточное отношение; D_к диаметр движущегося колеса локомотива, м; v скорость движения тепловоза, км/ч; з ? кпд электродвигателя и передачи.

Тяговый электродвигатель в тормозном режиме так же, как и в тяговом, имеет ряд ограничений, которыми устанавливаются пределы регулирования тормозных усилий.

Размещено на Allbest.ru