ВВЕДЕНИЕ
1. НАЗНАЧЕНИЕ И СВОЙСТВА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПЕРЕДАЧИ
Наиболее просто энергию дизеля передавать непосредственно на движущие оси тепловоза. Для этого достаточно было бы соединить коленчатый вал дизеля с колесами локомотива (тепловоз непосредственного действия). Такая простая конструкция, к сожалению, неработоспособна, и это объясняется особенностями работы дизеля.
Дизель можно нагружать только при частоте вращения коленчатого вала, равной примерно 1/3 номинальной частоты вращения, мощность его увеличивается при увеличении частоты вращения коленчатого вала, наконец, дизель имеет малую способность к перегрузке.
Вращающий момент дизеля почти не зависит от частоты вращения его вала (при постоянной подаче топлива). Сила тяги тепловоза при непосредственной передаче также не зависит от частоты вращения коленчатого вала. Поэтому зависимость силы тяги от скорости у такого тепловоза изобразится линией 1 (рис. 1). Такая тяговая характеристика не обеспечивает трогание и разгон поезда. На тепловозе необходимо устанавливать дополнительный двигатель для разгона. Дизель с полной нагрузкой сможет работать только на руководящем подъеме, а на более легких участках профиля он будет недогружен. Идеальная тяговая характеристика тепловоза должна иметь гиперболическую зависимость (кривая 2 на рис. 1), которая обеспечивает изменение силы тяги обратно пропорционально скорости движения. Сравнение кривых 1 и 2 показывает, что для получения характеристики, обеспечивающей эффективную работу тепловоза, необходимо устанавливать промежуточное устройство. Устройство, предназначенное для передачи мощности от коленчатого вала дизеля к колесным парам, называется передачей.
Передача тепловоза должна обеспечивать силу тяги в момент трогания и разгона поезда, намного превышающую по значению силу тяги при номинальном режиме, а также использование полной мощности дизеля во всем диапазоне скоростей движения локомотива, т. е. режим дизеля может сохраняться неизменным при различных условиях движения поезда. Передача также должна обеспечить пуск дизеля и работу его на холостом ходу, изменение направления движения скорости движения тепловоза при постоянном направлении вращения вала дизеля. Тяговая передача должна обладать высокой надежностью и долговечностью, минимальной массой и стоимостью, высоким к. п. д. на всех режимах работы, минимальными затратами на обслуживание и ремонт.
На тепловозах применяются три типа передач: электрическая, гидравлическая и механическая. Наибольшее распространение на тепловозах получила электрическая передача, которая по многим показателям является наиболее эффективной. На тепловозах применяют электрические передачи постоянного, переменно-постоянного и переменного тока. Преимущественное распространение в мировой практике имеет передача на постоянном токе, но в связи с увеличением мощности тепловозов получает широкое распространение передача переменно-постоянного тока.
Электрическая передача постоянного тока состоит из тягового генератора Г, приводимого во вращение дизелем Д, тяговых электродвигателей 1, 2, расположенных на движущих колесных парах тепловоза, а также ряда вспомогательных машин и аппаратов (рис 2,а). Передачу постоянного тока имеют магистральные тепловозы ТЭЗ, ТЭ10, ТЭП60, М62, 2ТЭ10Л, 2ТЭ10В и маневровые ТЭ1, ТЭ2, ТЭМ1 и ТЭМ2.
Передача позволяет автоматически приспосабливаться к условиям движения поезда. Сила тяги, создаваемая тяговыми электродвигателями, увеличивается при возрастании сопротивления движению и уменьшении скорости и, наоборот, уменьшается при падении сопротивления движению и увеличении скорости. Особенностью электрической передачи является независимость силы тяги тепловоза от вращающего момента и мощности дизеля, т. е. можно получить большую силу тяги при малой мощности дизеля и малую силу тяги при его большой мощности. Сила тяги у тепловоза с электрической передачей (при данной мощности дизеля) ограничивается нагреванием тяговых электрических машин (генератора и электродвигателя), которые допускают большую кратковременную перегрузку. Ее используют во время трогания поезда и преодоления крутых подъемов небольшой длины
Для того чтобы мощность дизеля поддерживалась постоянной, сила тяги должна автоматически изменяться обратно пропорционально скорости, т. е. при увеличении силы тяги, например, в два раза, скорость тепловоза должна уменьшаться также в два раза.
Дизель-генераторный агрегат и тяговые электродвигатели тепловоза конструктивно между собой не связаны, что дает возможность создать наиболее простую систему передачи энергии на движущие колеса. Электрическая передача обеспечивает сочлененную работу нескольких секций (по системе многих единиц), управляемых с одного поста. Недостатками передачи являются ее большая масса, высокая стоимость и повышенный расход цветных металлов по сравнению с другими видами передач.
Тепловозы с этим видом передачи имеют сравнительно высокий к. п. Д. на ободе колес (28—30%), тяговую характеристику, приближающуюся к идеальной, плавное трогание с места, простоту и надежность в управлении.
Секционная мощность тепловозов за послевоенные годы увеличилась с 736 до 2210 кВт, но для ряда направлений железных дорог уже сейчас требуется большая мощность. Создание более мощных тепловозов с электрической передачей постоянного тока вызывает много затруднений, главным из которых является неудовлетворительная коммутация тяговых генераторов постоянного тока.
Практически тяговые генераторы постоянного тока при частоте вращения 1000 об/мин и номинальной мощности 2000 кВт не могут обеспечить удовлетворительную коммутацию, поэтому применяют передачу переменно-постоянного тока, в которой вместо генератора постоянного тока устанавливается синхронный генератор и выпрямительная установка. Тяговые синхронные генераторы сокращают затраты меди и высоколегированной электротехнической стали, практически снимают ограничение по частоте вращения, уменьшают стоимость и трудоемкость изготовления. Изготовление опытного тягового синхронного генератора ГС-501 оказалось дешевле, чем серийного тягового генератора постоянного тока ГП-311, при примерно одинаковой мощности.
Синхронные генераторы более надежны в работе и требуют меньшего ухода в эксплуатации из-за отсутствия щеточно-коллекторного аппарата. Применение синхронных генераторов на тепловозах не могло быть осуществлено из-за отсутствия надежных малогабаритных выпрямительных установок. Развитие силовой полупроводниковой техники дало возможность создать выпрямители, отвечающие условиям эксплуатации тепловозов.
В СССР первые тепловозы типа ТЭ109 с передачей переменно-постоянного тока, разработанной харьковским заводом «Электротяжмаш», были выпущены в 1967 г. Ворошиловградским тепловозостроительным заводом. В настоящее время передачу переменно-постоянного тока имеют магистральные тепловозы 2ТЭ116, ТЭП70, 2ТЭ121, ТЭП75 и маневрово-вывозной тепловоз ТЭМ7.
При передаче переменно-постоянного тока (рис. 2, б) дизель вращает вал трехфазного синхронного генератора СГ, напряжение которого подводится к выпрямительной установке ВУ и после выпрямления к электродвигателям постоянного тока 1, 2. Применение тяговых электродвигателей постоянного тока обычного исполнения обусловливает низкий коэффициент пульсации напряжения и ее высокую частоту. Для снижения пульсаций генератор имеет две обмотки статора, соединенные в звезду со сдвигом на 30° эл., а выпрямительная установка выполнена с двумя параллельными мостами. Такая схема уменьшает пульсацию напряжения в 2—3 раза и увеличивает примерно в 2 раза частоту.
На тепловозах с электрической передачей постоянного тока применяют электрический пуск дизеля. Для этого на главных полюсах тяговых генераторов укладывают, кроме обмотки независимого возбуждения, пусковую обмотку, получающую питание от аккумуляторной батареи только во время пуска дизеля. При пуске тяговый генератор работает в режиме двигателя с последовательным возбуждением и приводит во вращение коленчатый вал дизеля. В передачах переменно-постоянного или переменного тока для пуска дизеля используют стартер-генераторы. Ведутся работы по использованию синхронных генераторов для пуска дизеля.
В электрической передаче переменного тока используют в качестве тягового генератора синхронный генератор, а в качестве тяговых электродвигателей — асинхронные короткозамкнутые двигатели. Такие двигатели при одинаковых параметрах с двигателями постоянного тока имеют меньшие габариты, в 1,2—1,4 раза легче, в 2—3 раза дешевле, практически не имеют ограничений по силе тяги и току и обладают большой надежностью в эксплуатации из-за отсутствия щеточно-коллекторного аппарата. Для условий тяги регулирование частоты вращения ротора асинхронного короткозамкнутого двигателя может производиться изменением частоты подводимого напряжения или числа полюсов.
Переменное напряжение тягового синхронного генератора СГ подается на выпрямительную установку ВУ (рис. 2, в), выпрямленное напряжение подводится к тиристориому инвертору И, где оно преобразуется в переменный ток регулируемой частоты, которым питаются асинхронные двигатели А. Передача переменного тока обеспечивает более простой переход от режима тяги к электрическому торможению.
Такой тип передачи имеет опытный тепловоз ТЭ120.
Введение
1. Назначение и свойства электрической передачи
2. Работа дизель-генераторной установки
3. Принципы регулирования тягового генератора
Глава I. Электрические машины
4. Общие сведения
5. Тяговые генераторы
6. Двухмашинные агрегаты. Регулирование напряжения тягового генератора
7. Тяговые электродвигатели
8. Вспомогательные электрические машины
9. Неисправности и ремонт
10. Испытания электрических машин
Глава II. Аккумуляторные батареи
11. Кислотные аккумуляторы
12. Щелочные аккумуляторы
13. Устройство аккумуляторных батарей
14. Неисправности и ремонт
Глава III. Электрические аппараты
15. Общие сведения
16. Аппараты управления
17. Аппараты автоматического регулирования
18. Аппараты защиты
19. Контрольно-измерительные и сигнальные приборы
20. Аппараты разные
21. Возможные неисправности и ремонт
Глава IV. Бесконтактные блоки и регуляторы
22. Бесконтактные блоки
23. Бесконтактные регуляторы напряжения
24. Комплексное противобоксовочное устройство для тепловозов 2ТЭ10Л
Глава V. Принципы управления и регулирования электрической передачи
25. Управление тепловозом и электрической передачей
26. Регулирование тяговых электродвигателей
27. Регулирование тягового генератора
28. Дополнительное регулирование мощности дизель-генератора
29. Схемы возбуждения генераторов тепловозов ТЭ10, ТЭП60, 2ТЭ10Л и 2ТЭ10В
30. Тиристорная схема возбуждения синхронного тягового генератора
31. Схемы пуска дизеля и защиты
Глава VI. Схемы электрических соединений тепловозов
32. Типы электрических схем
33. Схемы электрических соединений тепловоза 2ТЭ10В
34. Схемы электрических соединений тепловоза ТЭМ2
35. Схема электрических соединений тепловоза 2ТЭП6
Глава VII. Основные направления развития электрической передачи
36. Общие положения
37. Передачи новых тепловозов
38. Совершенствование электрической передачи
39. Электрическое торможение
40. Передача переменного тока
Список литературы
Смотрите другие книги по тепловозам
|
