CC BY
155
УДК 629.423.31
А. С. Мазнёв, В. А. Баранов, А. А. Богдан
ТЯГОВЫЕ ХАРАТЕРИСТИКИ ЭЛЕКТРОВОЗОВ ВЛ10 В РЕЖИМЕ УСИЛЕННОГО ВОЗБУЖДЕНИЯ
Рассмотрены способы и схемные решения увеличения жесткости тяговых характеристик. Приведены результаты выполненных испытаний опытного электровоза.
тяговый двигатель, регулирование возбуждения, электромеханические характеристики.
Введение
Электровозы серии ВЛ10 и ВЛ10У эксплуатируются в ОАО «Апатит» на участках, имеющих уклоны до 0,030, кривые малого радиуса, а также кривые, расположенные на уклонах. Скорость движения составляет не более 40 км/ч, а на отдельных участках - не более 25 км/ч. Поезда состоят из 25 думпкаров весом 1250 т и 3875 т (порожний и груженый составы соответственно). Условия эксплуатации требуют использования двойной тяги или подталкивающих локомотивов, что приводит к дополнительным затратам на перевозочный процесс.
При следовании по указанным подъемам развиваемая сила тяги локомотива приближается к ограничению по сцеплению, что вызывает боксо-вание колесных пар, развитию которого способствуют достаточно мягкие характеристики тяговых двигателей ТЛ-2К1 последовательного возбуждения. Предупреждение срыва сцепления или быстрое прекращение боксо-вания с целью реализации максимальной по условиям сцепления силы тяги возможно за счет повышения жесткости тяговых характеристик.
1 Способы увеличения жесткости характеристик тяговых двигателей
Под жесткостью тяговой характеристики двигателя понимают величину изменения касательной силы тяги при изменении скорости движения локомотива (боксование колесных пар отсутствует). Численно жесткость тяговой характеристики оценивается коэффициентом
AF
X~&V ’
где AF - изменение касательной силы тяги, соответствующее изменению скорости на величину А V.
1.1 Подпитка обмоток возбуждения от преобразователя
В этом случае реализуется последовательно-независимое возбуждение тяговых двигателей. При постоянном выходном напряжении преобразователя, питающего обмотки возбуждения, в случае срыва сцепления колеса с рельсом ток в обмотках возбуждения практически не изменится, несмотря на увеличение частоты вращения якоря двигателя. Таким образом, жесткость тяговых характеристик приближается к жесткости характеристик двигателей независимого возбуждения. На рисунке изображена схема включения тяговых двигателей одной секции электровоза при подпитке обмоток возбуждения от электромашинного преобразователя при параллельном их соединении.
Рис. 1. Схема силовой цепи секции электровоза при подпитке обмоток возбуждения тяговых двигателей при параллельном их соединении
1.2 Применение независимого возбуждения тяговых двигателей
Для увеличения жесткости тяговой характеристики наилучшим способом является применение независимого возбуждения двигателей. Коэффициент жесткости тяговой характеристики при независимом возбуждении практически одинаков для всех значений силы тяги и равен около 700 кгс/(км/ч). Однако в этом случае из-за расхождения характеристик двигателей и диаметров бандажей колесных пар происходит неравномерное распределение токов по параллельным ветвям якорей и возникает необходимость их выравнивания.
1.3 Применение схемы смешанного соединения обмоток якорей и возбуждения
В случае последовательного возбуждения коэффициент жесткости возрастает с увеличением насыщения магнитной системы машины, т. к. при этом зависимость интенсивности изменения основного магнитного потока от тока возбуждения уменьшается. Таким образом, необходимо в зоне малых токов якоря увеличить ток возбуждения. Для этого возможно применение при последовательно-параллельном и параллельном соединениях тяговых двигателей схемы смешанного включения обмоток якорей и возбуждения, приведенных на рисунках 2 и 3 соответственно.
Рис. 2. Схема силовой цепи секции электровоза при последовательно-параллельном
соединении тяговых двигателей
Рис. 3. Схема силовой цепи секции электровоза при параллельном соединении
тяговых двигателей
Данная схема позволяет увеличить ток возбуждения по сравнению с током якоря в два раза. Для регулирования тока обмоток возбуждения двигателей используются шунтирующие обмотки возбуждения цепи, в качестве которых можно использовать штатные цепи ослабления возбуждения.
Ток через обмотки возбуждения определяется по формуле:
2/, • R
R + 4R,., ’
где /я - ток якоря;
Яш - сопротивление шунтирующей обмотки возбуждения цепи;
Яов - сопротивление цепи обмоток возбуждения.
На рисунке 4 приведена зависимость магнитного потока главных полюсов двигателя от тока якоря для разных позиций регулирования возбуждения.
СФ,
Рис. 4. Характеристика возбуждения:
1 - первая ступень регулирования возбуждения; 2 - вторая ступень регулирования возбуждения; 3 - третья ступень регулирования возбуждения; 4 - режим нормального возбуждения
Скорость движения электровоза при работе на параллельном соединении ТЭД в режиме усиленного возбуждения током якорей определяется по формуле:
V = U -1» • 2R -1 ■ 4R,
2С Ф ’
где U - напряжение контактной сети;
/я - ток якоря;
Яя - сопротивление цепи якоря, состоящей из якорной и
компенсационной обмоток, включенных последовательно;
/в - ток возбуждения;
Яов - сопротивление обмотки возбуждения.
На рисунке 5 приведены скоростные характеристики электровоза при работе в режиме усиленного возбуждения.
Рис. 5. Скоростная характеристика электровоза в режиме усиленного возбуждения током якорей:
/ - первая ступень регулирования возбуждения; // - вторая ступень регулирования возбуждения; /// - третья ступень регулирования возбуждения; /V - режим нормального возбуждения
На рисунке 6 приведены тяговые характеристики электровоза при работе в режиме усиленного возбуждения.
F, кгс I \
70000
60000
50000
40000
зоооо
20000
10000
0
^Ограни 1 1?ШК ПО СИЗПДЙШЕЕО
\\\стт V п
I п оГ IV 1 *_iv JH
-H-
10
20
30
40
50
60
70
SO V, км/ч
Рис. 6. Тяговая характеристика электровоза в режиме усиленного возбуждения
током якорей:
I - первая ступень регулирования возбуждения; II - вторая ступень регулирования возбуждения; III - третья ступень регулирования возбуждения; IV - режим нормального возбуждения
2 Результаты проведенных испытаний электровоза
Все перечисленные выше схемы были смонтированы и проверены в эксплуатации на опытном электровозе ВЛ10У-580. Предварительно электровоз был оборудован диодным способом перегруппировки ТЭД с одного соединения на другое и дополнительными индивидуальными контакторами, дающими возможность перегруппировывать обмотки возбуждения под током. Значения токов в силовой цепи электровоза измерялись при помощи датчиков и фиксировались на компьютере.
Опытная проверка дала следующие результаты.
1. Подпитка обмоток возбуждения от возбудителя на СП-соединении двигателей имеет низкую эффективность, что связано с его низким выходным напряжением. Эффективность подпитки можно повысить за счет последовательного соединения генераторов возбудителей обеих секций или применения статических преобразователей.
2. Подпитка обмоток возбуждения током якорей смежной параллельной ветви приводит к улучшению противобоксовочных свойств и дает возможность понизить расчетную скорость при увеличении силы тяги.
3. Расхождение токов групп параллельных ветвей обмоток якорей не превышает 50-100 А.
Наряду с определенными преимуществами все схемы обладают и некоторыми недостатками.
1. Необходима перегруппировка обмоток возбуждения таким образом, чтобы обмотки возбуждения всех двигателей каждой секции были соединены между собой последовательно.
2. Данная схема не предусматривает применение режима рекуперативного торможения.
3 Применение импульсного регулирования
Возможности контакторно-реостатной системы регулирования ограничены и не позволяют улучшить использование тяговых свойств электро-подвижного состава. Полупроводниковые преобразователи постояннопостоянного тока дают возможность совершенствовать структуру и качественные показатели электровозов постоянного тока.
Известно, что количество преобразователей определяется числом параллельных ветвей тяговых двигателей ЭПС. Некоторые схемные решения отличаются уменьшенным числом преобразователей. Представленная на рисунке 7 схема силовой цепи электровоза ВЛ10 с одним преобразователем на каждую секцию дает возможность осуществлять импульсный пуск на последовательно-параллельном и параллельном соединениях двигателей. Последовательное соединение всех восьми двигателей не используется.
Рис. 7. Схема силовой цепи электровоза ВЛ10 с одним преобразователем
на каждую секцию
Перегруппировка тяговых двигателей с последовательно-
параллельного соединения на параллельное происходит в такой последовательности:
1) уменьшается коэффициент заполнения преобразователя до 0,5, напряжение на двигателях снижается в 2 раза;
2) синхронно включаются контакторы 1 и 2.
После выхода на автоматическую характеристику возможен перевод тяговых двигателей на независимое возбуждение, что обеспечивают контакторы КВ, 3 и разделительный диод VD2. Контакторы 1, 2 и диод VD1 предназначены для перегруппировки тяговых двигателей с одного соединения на другое диодным способом.
Применение импульсного преобразователя позволяет отказаться от групповых переключателей, электропневматических контакторов, индуктивных шунтов и пусковых резисторов с массой около 8,5 тонн.
Заключение
Анализируя полученные результаты, можно сделать вывод о целесообразности применения подпитки обмоток возбуждения от статического преобразователя или током якорей смежной ветви на параллельном соединении ТЭД. Применение дополнительной подпитки обмоток возбуждения током якорей или независимое возбуждение позволяет увеличить жесткость тяговых характеристик, что дает возможность реализовывать повышенные значения силы тяги и улучшить противобоксовочные свойства электровозов.
Библиографический список
1. Независимое возбуждение тяговых двигателей электровозов / А. Т. Голова-тый, И. П. Исаев, Е. В. Горчаков. - М.: Транспорт, 1976. - 150 с.
2. Правила тяговых расчетов для поездной работы. - М.: Транспорт, 1986.
УДК 629.4.027: 621.333 Д. В. Фёдоров
ДИАГНОСТИКА ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ДВИГАТЕЛЕЙ НА ОСНОВЕ АНАЛИЗА СПЕКТРА ПОТРЕБЛЯЕМОГО ТОКА
Рассмотрен комплекс вопросов по оценке состояния и диагностированию электрической и механической части электродвигателей на основе обработки результатов мониторинга потребляемого тока и приложенного напряжения.
диагностика, тяговые электрические двигатели, спектр, дефекты.
Введение
В настоящее время электрические двигатели переменного тока являются крупнейшими потребителями электрической энергии. Согласно последним исследованиям, они потребляют свыше 80% вырабатываемой
