содержание      ..     2      3      4      5     ..

Глава 4 АВТОМАТИЧЕСКОЕ УПРАВЛЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПЕРЕДАЧЕЙ ТЕПЛОВОЗОВ 3ТЭ10М, 2ТЭ10М, 2ТЭ10В, 2ТЭ10Л, 2ТЭП60

10. Общие сведения

В электрической передаче постоянного тока тяговый генератор непосредственно питает тяговые электродвигатели последовательного возбуждения, которые приводят во вращение колесные пары тепловоза. Тяговый генератор и тяговые электродвигатели входят в силовую тяговую цепь тепловоза. На тепловозах типа ТЭ10 силовая тяговая цепь одинакова (рис. 28). При включении силовых контакторов П1—П6 [КП1—КП6] тяговые электродвигатели 1—6 [ЭТ1—ЭТ6] соединяются параллельно.

При увеличении скорости движения тепловоза до определенного значения с помощью реле переключения РП1 включается групповой контактор
ВШ1 [КШ1]

это приводит к включению первой ступени резисторов СШ1—СШ6 параллельно обмоткам возбуждения тяговых электродвигателей и первой ступени ослабления возбуждения их (ОП1). При дальнейшем увеличении скорости с помощью реле переключения РП2 включается групповой контактор ВШ2

[КШ2], благодаря чему включается вторая ступень резисторов СШ1 —СШ6 и еще большее ослабление возбуждения тяговых - электродвигателей (ОП2). Тяговый генератор имеет независимое возбуждение от возбудителя.

Цепи возбуждения генератора и возбудителя описаны далее.

Одним из основных требований, предъявляемых к передаче тепловоза, является использование полной мощности дизеля при всех скоростях движения. При постоянной мощности дизеля и неизменной нагрузке от вспомогательных агрегатов тяговый генератор должен работать в режиме постоянства мощности, при котором

Рис. 28. Принципиальная электрическая схема силовой тяговой цепи тепловозов типа ТЭ10

Рис. 29. Форма требуемой внешней характеристики тягового генератора

При движении тепловоза ток нагрузки генератора меняется в зависимости от сопротивления движению: при увеличении сопротивления движению поезда и снижении скорости движения тяговые электродвигатели будут реализовывать больший вращающий момент, что приведет к увеличению потребляемого ими тока, а следовательно, и тока нагрузки генератора. Наоборот, при уменьшении

сопротивления движению и увеличении скорости движения ток нагрузки генератора будет уменьшаться.

Для поддержания постоянной мощности напряжение генератора должно принудительно изменяться обратно пропорционально току нагрузки Iг:

Такая зависимость (называемая внешней характеристикой генератора, рис. 29, линия БГ) имеет форму гиперболы.
 

Для уменьшения интенсивности боксования колесных пар на тепловозах 3ТЭ10М, 2ТЭ10М, 2ТЭ10В, а также на тепловозах 2ТЭ10Л, выпускаемых с 1968 по 1970 гг., применяется так называемая динамическая жесткая характеристика тягового генератора по напряжению, при которой с уменьшением тока нагрузки вследствие боксования колесных пар напряжение не увеличивается (см. линию BE на рис. 29), и в то же вре-мя изменение тока нагрузки генератора при отсутствии боксования вызывает обратно пропорциональное изменение напряжения по гиперболической зависимости БГ. В области больших токов нагрузки генератора должно быть обеспечено ограничение максимального тока (линия АБ), а в области малых токов нагрузки —ограничение максимального напряжения (линия ГД).

Номинальная мощность дизель-ге-нератора может быть реализована лишь при номинальной частоте вращения валов дизель-генератора, т. е. на 15-й позиции контроллера управления.

Для работы тепловоза с пониженной мощностью снижается позиция контроллера, что уменьшает часто-ту вращения валов дизель-генератор-ной установки и возбуждение генератора. Изменение мощности по позициям должно быть равномерным и соответствовать работе по экономической характеристике силовой установки. Для выполнения этого условия на каждой из промежуточных позиций также необходимо поддерживать постоянную мощность (рис.
30).

При снижении позиции контроллера ограничиваемые значения тока и напряжения генератора также должны уменьшаться. При этом машинист имеет возможность выбора необходимого значения пускового тока (линии АБ, А1Б1. А2Б2 и т. д. на рис. 30, а) в зависимости от условий тро-гания поезда. На тепловозах ЗТЭ10М, 2ТЭ10М, 2ТЭ10В и 2ТЭ10Л с улучшенными противобоксовочными
свойствами для более плавного тро-гания поезда с места исключено ограничение пускового тока на низких (1-й—7-й) позициях контроллера (рис. 30, б).

11 Как получается необходимая характеристика тягового генератора

Напряжение генератора Uг, если пренебречь падением напряжения в якорной цепи и реакцией якоря, может быть определено по формуле

Магнитный поток полюса Фг пропорционален току возбуждения генератора.

Следовательно, для того чтобы получить требуемую форму характеристики генератора (см. рис. 29 и 30), необходимо ток возбуждения изменять по определенному закону в зависимости от ряда факторов, влияющих на напряжение генератора и мощность дизель-генератор-ной установки. Такое изменение тока возбуждения генератора на современных тепловозах выполняется при помощи системы автоматического управления (САУ) тяговым генератором (рис. 31).

Так как основным фактором, в зависимости от которого будет изменяться напряжение генератора, является ток его нагрузки, основная САУ генератором должна быть выполнена по току нагрузки. Именно эта САУ позволяет приблизить характеристику генератора в заданном интервале токов нагрузки к гиперболической. Эта же САУ (но в несколько измененном режиме работы) при трогании с места обеспечивает ограничение пускового тока, а при малых токах нагрузки — ограничение максимального напряжения генератора.

Работа тепловоза с пониженной мощностью и уменьшенным пусковым током, как отмечалось выше, требует снижения частоты вращения валов дизель-генераторной установки путем уменьшения позиции контроллера.

Для реализации необходимой мощности генератора на промежуточных позициях контроллера служит САУ генератором по частоте вращения.

При работе тепловоза имеет место ряд факторов (кроме тока нагрузки генератора), который влияет на мощность генератора, а также на свободную мощность, передаваемую генератору от дизеля. Поэтому в дополнение к САУ генератором на современных тепловозах применяется САУ дизель-генератором по мощности.
 

Рис 31. Система автоматического управления тяговым генератором

Рис. 32. Структурная схема автоматического управления электрической передачей тепловозов ТЭЗ, ТЭ2 и др. по произвольно изменяемой нагрузке

В теории автоматического управления различают два основных принципа управления: управление по произвольно изменяемой нагрузке и управление по отклонению управляемой величины. При автоматическом управлении по произвольно изменяемой нагрузке на вход регулятора подается сигнал от нагрузки (рис. 32), а управляемая величина на вход регулятора не воздействует (т. е. САУ является разомкнутой, или, другими словами, она не имеет обратной связи). Особенностью управления по произвольно изменяемой нагрузке является то, что на управляемую величину, кроме одного возмущающего воздействия, оказывает влияние ряд других факторов, которые искажают управляемую величину (вносят погрешность).

Такой принцип управления применен в САУ тяговым генератором по току нагрузки тепловозов ТЭЗ, ТЭ2, ТЭ1, ТЭМ2, ТЭМ1 и др. Здесь объект управления — генератор, регулятор — возбудитель со специальной системой полюсов и обмоток для суммирования сигналов; нагрузка — ток генератора, управляемая величина— напряжение генератора. Наряду с простотой, быстродействием, высокой динамической устойчивостью САУ тяговым генератором по произвольно изменяемой нагрузке имеют существенные недостатки:

1) влияние температуры обмоток и гистерезиса электрических машин, а также напряжения вспомогательного генератора на напряжение и мощность тягового генератора;

2) перегрузка дизеля или недоиспользование его мощности при изменении мощности тягового генератора, нагрузки от вспомогательных агрега-тов, а также отклонении параметров, ограничивающих мощность дизеля;

3) невозможность только за счет такой системы управления получения ограничений по току и напряжению тягового генератора;

4) сложность настройки характеристики тягового генератора.

Рис. 35. Структурная схема комбинированного метода автоматического управления электрической передачей тепловозов ЗТЭЮМ,2ТЭ10М.2ТЭ10В и 2ТЭ10Л с динамической жесткой характеристикой генератора: ГПТ1 — ТПТ4 — трансформаторы постоянного тока; УВМ —- узел выделения максимального сигнала (остальные обозначения см. рис. 34)

При автоматическом управлении по отклонению управляемой величины эта величина воздействует на вход регулятора через обратную связь (рис. 33). В этом случае обратной связью называется воздействие управляемой величины на вход системы управления, или, другими словами, на работу регулятора. Система автоматического управления с обратной связью — замкнутая. При отклонении управляемой величины от заданного значения (по любой причине) регулятор воздействует на управляемый объект и устраняет это отклонение (с некоторой погрешностью) .

В системе имеется узел сравнения, в котором управляемая величина сравнивается с заданной. Управление по отклонению управляемой величины обеспечивает большую точность хотя бы уже потому, что уп-равляемая величина поддерживается неизменной независимо от того, под действием какого фактора происходит отклонение. Здесь точность управления определяется в основном погрешностями в измерении действительного значения управляемой величины и ее разности с заданием.

Очень часто в САУ сочетают принципы управления по произвольно изменяемой нагрузке и по отклонению управляемой величины. Такую САУ называют комбинированной. Принцип комбинированного автоматического управления применен в САУ тяговым генератором по току нагруз-ки большинства современных тепловозов, в том числе тепловозов типа ТЭ10 (рис. 34). Здесь регулятором является магнитный усилитель (ам-плистат) возбуждения, обмотки управления которого образуют узел суммирования сигналов УСС (узел сравнения).

Через селективный узел СУ к нему поступает сигнал по произвольно изменяемой нагрузке, пропорциональный току нагрузки генератора. Этот сигнал передается через трансформатор постоянного тока ТПТ.

Через селективный узел СУ к узлу суммирования сигналов УСС поступает также сигнал по отклонению

управляемой величины — напряжения (сигнал обратной связи). Этот сигнал передается через трансформатор постоянного напряжения ТПН.

Сигнал по частоте вращения валов дизеля передается в систему управления через бесконтактный тахомет-рический блок БТ. В систему управления поступает также сигнал от объединенного регулятора частоты вращения и мощности РМ (через индуктивный датчик ЯД), который обратно пропорционален перегрузке дизеля.

На тепловозах 3ТЭ10М, 2ТЭ10М, 2ТЭ10В и 2ТЭ10Л с динамической жесткой характеристикой генератора по напряжению применена аналогичная САУ тяговым генератором (рис. 35), однако управление производится не по току нагрузки генератора (суммарному току всех тяговых электродвигателей), а по наиболь-шему току тяговых электродвигателей небоксующих колесных пар. Поэтому на тепловозе имеются четыре трансформатора постоянного тока ТПТ1—ТПТ4, каждый из которых

измеряет ток в цепи одного или двух тяговых электродвигателей, а так» же узел выделения максимального сигнала УВМ, который передает на селективный узел сигнал, пропорциональный наибольшему току в цепи одного или двух тяговых электродвигателей.

Системы автоматического управления тяговым генератором тепловозов типа ТЭ10 исключают влияние посторонних факторов на внешнюю характеристику генератора (температура обмотки возбуждения, гистерезис и пр.), отличаются стабильностью в работе, обеспечивают ограничение тока и напряжения генератора.

12. Автоматическое управление электрической передачей тепловозов с возбудителем постоянною тока

Принципиальная схема возбуждения тягового генератора и возбудителя. Обмотка независимого возбуждения тягового генератора H1—Н2 получает питание через контактор КВ от возбудителя В (рис. 36 и 37). На возбудителе имеются две обмотки возбуждения: первая обмотка H1—Н2 основная, вторая Н3—Н4 ис-пользуется как размагничивающая (см. ниже), а также для возбуждения при аварийном режиме.

Синхронный подвозбудитель СПВ через распределительный трансформатор ТР, рабочие обмотки ОР1, ОР2 амплистата АВ и выпрямитель питает обмотку возбуждения возбудителя H1—Н2. Кроме того, через распределительный трансформатор получают питание рабочие обмотки ТПН и ТПТ. Вспомогательный генератор, кроме своего обычного назначения на тепловозе, питает обмотку возбуждения синхронного подвозбу-дителя, а также размагничивающую обмотку возбудителя Н3—Н4.

Задающая обмотка 03 амплистата АВ получает питание от синхронного подвозбудителя через бесконтактный тахометрический блок БТ (см. рис. 36); на тепловозах более раннего вы-пуска задающая обмотка получает питание от тахогенератора Т (см. рис. 37).

Регулировочная обмотка ОР амп-листата АВ также получает питание от синхронного подвозбудителя через индуктивный датчик ИД, управляемый объединенным регулятором (см. рис. 36); на тепловозах более

раннего выпуска регулировочная обмотка питается от вспомогательного генератора через управляемый объединенным регулятором регулировочный реостат РР (см. рис. 37).
 

Рис. 36. Принципиальная электрическая схема возбуждения тягового генератора и возбудите ля тепловозов типа ТЭ10 с возбудителем постоянного тока (с бесконтактным тахометрическим блоком и индуктивным датчиком)

Амплистат и его характеристика. Амплистат возбуждения возбудителя АВ марки АВ-ЗА в системе автоматического управления тяговым
генератором тепловозов 3ТЭ10М, 2ТЭ10М, 2ТЭ10В, 2ТЭ10Л и ТЭП60 является основным управляющим аппаратом, который суммирует сигналы по току нагрузки, напряжению и частоте вращения тягового генератора, по мощности дизель-генератора, подавая результирующий и усиленный сигнал на обмотку возбуждения

возбудителя.

Рабочие обмотки амплистата ОР1 и ОР2 (см. рис. 36) включены последовательно с диодами так, что в каждой из них ток протекает только одну половину периода и только в одном направлении (этим, как указывалось выше, обеспечивается внутренняя обратная связь в амплистате). Амплистат имеет четыре обмотки уп-равления: задающую ОЗ; управляющую ОУ; регулировочную ОР; стабилизирующую ОС.

Задающая обмотка ОЗ создает основную положительную м. д. с. Foз и получает питание через бесконтактный тахометрический блок БТ или от тахогенератора Т. Таким образом, м. д. с. задающей обмотки пропорциональна частоте вращения вала дизель-генератора и благодаря этому осуществляется автоматическое управление генератором по частоте вращения.

Управляющая обмотка ОУ смонтирована на сердечнике амплистата так, что ее м. д. с. Foу направлена встречно м. д. с. Fоз задающей обмотки. Получает эта обмотка питание через селективный узел от цепей рабочих обмоток ТПТ и ТПН, и, таким образом, ток в ней зависит от тока и напряжения генератора. С помощью этой обмотки, как будет показано ниже, осуществляется автоматическое управление генератором по току нагрузки.

Регулировочная обмотка ОР служит для дополнительного автомати-ческого управления дизель-генератором по мощности. Магнитодвижущая сила обмотки Fор направлена согласно м. д. с. задающей обмотки. В цепь регулировочной обмотки включен индуктивный датчик (или регулировочный реостат), который управляется объединенным регулятором. Ток в регулировочной обмотке обратно пропорционален перегрузке дизеля.
 

Рис. 37. Принципиальная электрическая схема возбуждения тягового генератора и возбудителя тепловозов типа ТЭ10 с возбудителем постоянного тока (с тахогенератором и регулировочным реостатом)

В стабилизирующей обмотке ОС ток протекает от стабилизирующего трансформатора ТС только при переходных процессах, например, при изменении позиций контроллера. Маг-нитодвижущая сила этой обмотки Foс увеличивает или уменьшает под-магничивание амплистата, осуществляя гибкую обратную связь по напряжению возбудителя.

Обратная связь приводит к сглаживанию переходных процессов, чем обеспечивает устойчивость работы системы.

Таким образом, результирующая м. д. с. обмоток управления амплистата

Магнитодвижущая сила задающей обмотки F оз зависит от позиции контроллера. При работе на 15-й позиции ток в задающей обмотке равен 1,1 А, тогда при 500 витках в ка- тушке

Трансформаторы постоянного напряжения и тока. В системах автоматического управления тягового генератора используются еще два МУ: трансформатор постоянного напряжения (ТПН) и трансформатор постоянного тока (ТПТ). Трансформатор постоянного напряжения подает на управляющую обмотку амплистата сигнал, пропорциональный напряжению тягового генератора, а ТПТ — сигнал, пропорциональный току нагрузки генератора. Другими словами, ТПН и ТПТ являются датчиками сигналов по напряжению и току в системе автоматического управления тяговым ге-нератором.

Основное требование к ТПН и ТПТ — обеспечить с достаточно высокой точностью пропорциональность между током выхода и м. д. с. управления. Поэтому ТПН и ТПТ выполняются как простейшие МУ без обратных связей. Коэффициенты усиле-ния таких МУ невелики, но это не имеет значения, так как основное требование для рассматриваемых МУ — получить указанные выше зависимости.
 

Трансформаторы напряжения и тока имеют по два тороидальных сердечника из ленты железоникелевого сплава (пермаллоя) с высокой магнитной проницаемостью. В ТПН и ТПТ рабочие обмотки состоят из двух встречно включенных секций с равным числом витков, при этом каждая из секций расположена на своем сердечнике. Рабочие обмотки

ТПН и ТПТ получают питание переменным током от синхронного под-возбудителя через распределительный трансформатор. Нагрузка цепей рабочих обмоток ТПН и ТПТ — балластные резисторы СБТН и СБТТ и подключенная параллельно им через выпрямительные мосты В1 и В2 управляющая обмотка ОУ амплистата (см. рис. 36 и 37).

Обмотка управления ТПН через резистор СТН включена на напряжение тягового генератора так, что характеристика управления ТПН может быть представлена как зависимость тока выхода Iн от напряжения генератора Uг (рис. 39, а). Добавочный резистор СТН (из фехраля) имеет сопротивление во много раз больше, чем сопротивление обмотки управления. Это сделано для того, что-бы уменьшить погрешность системы управления при изменении температуры и сопротивления обмотки управления ТПН. На всех тепловозах 3ТЭ10М, 2ТЭ10М, 2ТЭ10В, 2ТЭ10Л и
ТЭП60 с возбудителем постоянного тока применяются трансформаторы постоянного напряжения марки
ТПН-3А.

В ТПТ тепловозов без динамической жесткой характеристики генератора роль обмотки управления играет один виток проводов силовой тяговой цепи и характеристикой управления ТПТ является зависимость тока выхода Iт от тока нагрузки генератора Iг (рис. 39, б). На тепловозах ТЭП60 и 2ТЭ10Л без динами-ческой жесткой характеристики генератора с возбудителем постоянного тока используются трансформаторы постоянного тока марки ТПТ-4Б.
 

Рис. 40. Характеристики управления трансформаторов постоянного тока ТПТ-10, ТПТ-21, ТПТ-22

На тепловозах с динамической жесткой характеристикой генератора ТПТ подают сигнал, пропорциональный току в цепи одного или двух тяговых электродвигателей. Для этого через отверстие ТПТ проходят шины или провода от цепи соответственно одного или двух тяговых электродвигателей. На тепловозах 2ТЭ10Л и 2ТЭ10В (выпускаемых до 1976 г.) с динамической жесткой характеристикой применены трансформаторы марки ТПТ-10. Чтобы сигналы от одного или двух двигателей были примерно одинаковыми (соизмеримыми), провода от двух двигателей в отверстии ТПТ делают один виток, а от одного двигателя — два витка. На тепловозах 2ТЭ10В, выпускаемых, начиная с 1976 г., а также на тепловозах ЗТЭ10М, 2ТЭ10М для подмагничива-ния используются шины в силовой тя-говой цепи и устанавливаются трансформаторы ТПТ-21 (для контроля цепи одного двигателя) и ТПТ-22 (для контроля цепи двух двигателей), при этом первые имеют коэффициент трансформации в 2 раза выше, чем вторые, что обеспечивает равенство выходных сигналов при равных токах двигателей (рис. 40).


Стабилизирующий и распределительный трансформаторы. Стабилизирующий трансформатор служит для подачи сигнала гибкой обратной связи по напряжению возбудителя на стабилизирующую обмотку амплиста-та при переходных режимах работы, например при изменении позиции контроллера.

Стабилизирующий трансформатор ТС состоит из первичной и вторичной обмоток (см. рис. 36 и 37). Первичная обмотка через резистор СТС включена на напряжение возбудителя. Вторичная обмотка соединена со стабилизирующей обмоткой ОС амп-листата. При установившемся режиме во вторичной обмотке тока нет. При резком увеличении напряжения воз-будителя во вторичной обмотке трансформатора индуктируется э. д. с. так, что ток, поступающий на стабилизирующую обмотку амплистата, уменьшает его подмагничивание. При резком уменьшении напряжения возбудителя ток в стабилизирующей обмотке имеет обратное направление и увеличивает подмагничивание амплистата. Уменьшение или увеличение подмагничивания амплистата за счет стабилизирующей обмотки предотвращает резкие колебания тока и напряжения генератора при переходных режимах.

Через распределительный трансформатор ТР синхронный подвозбу-дитель питает цепи рабочих обмоток амплистата, трансформаторов постоянного напряжения, тока, а также на тепловозах более поздней постройки (см. рис. 36) — регулировочную об-мотку амплистата через индуктивный датчик. Трансформаторы марок TP-ЗА и ТР-5 имеют выводы Н1-01-02-К2 и т. д., в более новых трансформаторах ТР-23 выводы обозначены 1—2—3—4 и т. д.


Селективный узел и его свойства. Селективный узел — это узел, в котором суммируются или сравниваются сигналы по току и напряжению тягового генератора и полученный результирующий сигнал направляется в управляющую обмотку амплиста-та (рис. 41). Селективный узел —это основной узел системы автоматического управления тяговым генератором, который совместно с амплиста-том, ТПН и ТПТ обеспечивает автоматическое управление тяговым генератором по току нагрузки

Рис. 41. Структурная схема селективного узла

Рис. 42. Три области на внешней характеристике тягового генератора:

Рис. 43. Принципиальная электрическая схема селективного узла:

Рис. 44. Эквивалентная электрическая схема селективного узла (обозначение элементов схемы — см. рис. 43).

Другими словами, этот узел формирует требуемую внешнюю (селективную) характеристику тягового генератора, состоящую из трех областей (рис. 42): ограничение пускового

тока (область I, линия АБ); ограничение максимального напряжения (область II, линия ГД); ограничение мощности (область III, линия БГ).

Селективный узел тепловозов типа ТЭ10 без динамической жесткой характеристики генератора включает (рис. 43) балластные резисторы СБТН и СБТТ, два выпрямительных моста В1 и В2, управляющую обмотку ОУ амплистата и регулируемый резистор СОУ. Через резистор СБТТ протекает переменный ток цепи рабочих обмоток ТПТ, который пропорционален току тягового генератора. Через резистор СБТН протекает переменный ток цепи рабочих обмоток ТПН, пропорциональный напряже-нию генератора.

Выпрямительные мосты В1 и В2 выпрямляют переменный ток цепей рабочих обмоток ТПТ и ТПН в постоянный ток для питания управляющей обмотки амплистата и, кроме того, выполняют запирающие функции в селективном узле в зависимости от уровня потенциалов.

В эквивалентной схеме селективного узла (рис. 44) будем считать, что ток в резисторах СБТН и СБТТ выпрямлен, а выпрямительные мосты заменены вентилями В1 и В2, выполняющими лишь запирающие функции в зависимости от уровня потенциалов. Познакомимся с некоторыми свойствами селективного узла.

В области 1 характеристики генератора (см. рис. 42), ток генератора и ток цепи рабочих обмоток ТПТ большие, а напряжение генератора и ток цепи рабочих обмоток ТПН малы. При этом потенциал в точке а выше, чем потенциал в точке с (см. рис. 44). В управляющую обмотку ОУ ток по-течет от цепи рабочих обмоток ТПТ. Ток цепи рабочих обмоток ТПТ не пойдет к цепи рабочих обмоток ТПН, так как вентиль В1 его не пропустит. С другой стороны, малый по значению ток цепи рабочих обмоток ТПН, проходя через резистор СБТН, создает на нем падение напряжения меньшее, чем падение напряжения на управляющей обмотке, и ток цепи рабочих обмоток ТПН не может пройти к цепи управляющей обмотки. Таким образом, в рассматриваемый период управляющая обмотка получает питание только от цепи рабочих обмоток ТПТ, а ТПН как будто «отключен».

В период, когда ток генератора и ток цепи рабочих обмоток ТПТ малы, а напряжение генератора и ток цепи рабочих обмоток ТПН велики (область II на характеристике), падение напряжения на резисторе СБТТ будет меньше, чем на резисторе СБТН. Поэтому в управляющую обмотку ток поступает только от цепи рабочих обмоток ТПН, а ТПТ как будто «отключен».

Избирательность питания управляющей обмотки от цепей рабочих обмоток ТПТ или ТПН в зависимости от значения тока и напряжения гене-ратора и составляет первое свойство селективного узла (селективное или избирательное свойство). От латинского слова selective—выбор, отбор.


При увеличении тока цепи рабочих обмоток ТПН (или ТПТ) падение напряжения на резисторе СБТН (или СБТТ) будет, естественно, возрастать, но только до момента «подключения» ТПН (или ТПТ) к управляющей обмотке амплистата. Затем при средних значениях тока и напряжения генератора (область III на характеристике) падения напряжения на резисторах СБТТ и СБТН сохранятся равными друг другу и равными падению напряжения на управляющей обмотке (если пренебречь падением напряжения в вентилях В1 и В2). Таким образом, при средних значениях тока и напряжения генератора ток в уп-равляющую обмотку течет как от цепи рабочих обмоток ТПТ, так и от цепи рабочих обмоток ТПН. Обязательное условие при этом — равенство падений напряжения на резисторах СБТТ и СБТН (в противном случае один из вентилей В1 или В2 будет заперт).

В этом заключается второе (суммирующее) свойство селективного узла: при средних значениях тока и напряжения генератора в управляющей обмотке амплистата протекает примерно постоянный по значению ток, равный сумме токов, первый из которых пропорционален току генератора, а второй — его напряжению. Выше было показано (см. с. 39), что в процессе управления генератором ток в управляющей обмотке амплистата изменяется в очень небольших пределах.

Вследствие того что в процессе управления генератором по току нагрузки в пределах характеристики постоянства мощности ток в управляющей обмотке амплистата поддерживается примерно постоянным, а каждое из слагаемых этого тока изменяется в широких пределах, изменение одного из этих слагаемых возможно

лишь при обратно пропорциональном изменении другого. Например, увеличение тока в цепи рабочих обмоток ТПТ возможно лишь при соответствующем уменьшении тока в цепи рабочих обмоток ТПН (и наоборот). Другими словами, при примерно неизменном токе в управляющей обмотке

амплистата изменение доли тока от цепи рабочих обмоток ТПТ возможно лишь при обратно пропорциональном изменении доли тока от цепи рабочих обмоток ТПН. В этом заключается третье (управляющее) свойство селективного узла. Именно благодаря этому свойству селективного узла, как будет показано ниже, осуществляется автоматическое управление генератором по току нагрузки, при котором изменение тока нагрузки генератора вызывает обратно пропорциональное изменение его напряжения.


Автоматическое управление тяговым генератором по току нагрузки. Изучив работу и характеристики амплистата, трансформаторов постоянного тока и напряжения, а также селективного узла, рассмотрим процесс автоматического управления генератором по току нагрузки, т. е. процесс получения внешней (селективной) характеристики его.

Предварительно напомним, что автоматическое управление генератором по току нагрузки на каждой позиций контроллера должно

обеспечить ограничение пускового то-ка в процессе разгона, ограничение мощности и ограничение наибольшего напряжения (см. рис. 42). На характеристике амплистата (см. рис. 38) указаны точки А, Б, Г, Д, соответствующие таким же точкам на селективной характеристике генератора (см. рис. 42), а в табл. 1 приведены

параметры этих характерных точек для 15-й позиции контроллера, взятые по характеристикам амплистата и генератора.

Приведенные параметры генератора и амплистата ориентировочные и не могут использоваться при настройке схемы.

 В момент трогания поезда ток генератора достигает для данной позиции контроллера максимального значения, так как при не-вращающихся якорях тяговых электродвигателей э. д. с. противоположно-го направления (противо-э. д. с.) отсутствует. Напряжение генератора при этом равно падению напряжения на обмотках тяговых электродвигателей и силовых проводах. Оно выражается на характеристике генератора наклонной линией О—А. Параметры точки А для 15-й позиции контроллера приведены в табл. 1.

В процессе разгона в связи с увеличением э. д. с. противоположного направления ток, потребляемый тяговыми электродвигателями, должен падать

Из приведенного равенства также видно, что для поддержания тока в процессе разгона неизменным необходимо увеличивать напряжение пропорционально скорости движения. Это и осуществляется в процессе автоматического управления генератором.

При падении тока, потребляемого тяговыми электродвигателями, уменьшается ток в рабочих обмотках ТПТ и ток в управляющей обмотке амплистата (в этом режиме управляющая

обмотка питается током через селективный узел только от цепи рабочих обмоток ТПТ). Это увеличивает ток выхода амплистата, т. е. ток возбуждения возбудителя и в конечном счете напряжение генератора, и обеспечивает ограничение тока генератора в процессе разгона. Точнее, ток генератора будет несколько уменьшаться, но лишь настолько, чтобы обеспечить повышение тока выхода амплистата (тока возбуждения возбудителя и генератора).

Процесс ограничения пускового тока заканчивается в точке Б. Вследствие большой крутизны характеристики амплистата при сравнительно небольшом уменьшении тока генератора (или тока в управляющей обмотке амплистата) напряжение генератора резко возрастет. Из характеристики генератора и данных табл. 1 видно, что поддержание неизменным пускового тока (точнее, уменьшение его с 6600 до 6000 А, т. е. на 10%) достигнуто за счет увеличения напряжения с 20 до 335 В (в 16,8 раза).

В процессе разгона в связи с резким увеличением напряжения мощ-ность генератора увеличивается, достигая в точке Б номинального значения. Дальнейшее увеличение скорости движения тепловоза должно происходить при постоянной мощности генератора, В этот момент на пита-ние управляющей обмотки «подключается» и цепь рабочих обмоток ТПН. Теперь уже ток генератора не будет поддерживаться неизменным, а будет уменьшаться с увеличением скорости движения тепловоза. В соответствии с рассмотренным выше третьим свойством селективного узла напряжение генератора будет изменяться обратно пропорционально току нагрузки его (см. примерно прямолинейный участок БГ внешней характеристики генератора на рис. 42). Пределы изменения параметров генератора и ам-плистата при работе в области ограничения мощности видны из табл. 1.

Для поддержания постоянной мощности генератора необходимо, чтобы произведение тока на напряжение было постоянным, т. е. чтобы график зависимости напряжения от тока выражался гиперболической кривой.

Полученная для тепловозов типа ТЭ10 в результате автоматического управления генератором по току нагрузки примерно прямолинейная характеристика БГ, естественно, отличается от гиперболической. Однако это отличие сравнительно небольшое (6—7%). И, кроме того, как будет показано ниже, гиперболическая характеристика будет получена за счет дополнительного автоматического управления дизель-генераторной уста-новкой по мощности при помощи объединенного регулятора. При дальнейшем снижении тока генератора падение напряжения на резисторе СБТТ уменьшится ниже падения на-пряжения на управляющей обмотке амплистата, и цепь рабочих обмоток ТПТ «отключится» от питания управляющей обмотки. Теперь эта обмотка будет питаться лишь током от цепи рабочих обмоток ТПН.

Вследствие уменьшения реакции якоря и падения напряжения в якорной цепи при снижении тока нагрузки генератора напряжение его будет иметь тенденцию к возрастанию. Увеличение напряжения генератора будет увеличивать ток в управляющей

обмотке амплистата и уменьшать ток его выхода. Это и послужит ограничением напряжения генератора (см. линии ГД на характеристиках
рис. 38 и 42). Таким образом, при уменьшении тока генератора от
2870 А до нуля ток выхода амплистата снизился с 11 до 10 А и благодаря этому напряжение генератора поддерживается в пределах 700—720 В*.

* Для генератора ГП-ЗПВ тепловозов ТЭП60 в пределах 635—670В.
Некоторое изменение напряжения в области его ограничения так же, как и неточность ограничения пускового тока, обусловливается статической ошибкой системы автоматического управления тяговым генератором. Она неизбежна, так как в процессе управления током или напряжением гене-ратора должен изменяться ток выхода амплистата. Чем круче характеристика амплистата (т. е. чем больше его коэффициент усиления), тем меньше статическая ошибка в областях ограничения тока и напряжения и тем ближе характеристика генератора в области ограничения мощности приближается к прямолинейной.
Таким образом, автоматическое управление тяговым генератором по току нагрузки с ограничениями пускового тока, мощности и максимального напряжения обеспечивается селективным узлом в совместной рабо-те с амплистатом, трансформаторами постоянного тока и напряжения.
 

Рис. 45. Влияние сопротивления настроечных резисторов иа форму внешней (селективной) характеристики тягового генератора

Влияние сопротивления настроечных резисторов на форму внешней (селективной) характеристики генератора. Форма внешней (селективной) характеристики генератора может регулироваться изменением сопротивления настроечных резисторов СОЗ, СОУ, СТН, СБТТ и СБТН. С уменьшением сопротивления резистора СОЗ увеличивается ток в задающей обмотке амплистата и ее м. д. с. При этом характеристика генератора сдвигается параллельно самой себе вправо, а при увеличении сопротивления—влево (см. рис. 45,а). С уменьшением сопротивления резистора СОУ увеличивается ток в управляющей обмотке и м. д. с. этой обмотки. Так как эта обмотка является размагничивающей, увеличение

м. д. с. ее приводит к уменьшению тока и напряжения генератора, и характеристика сдвигается параллельно самой себе влево. При увеличении сопротивления СОУ происходит обратное действие, и характеристика перемещается вправо (рис. 45, б).

При изменении сопротивления резистора СТН меняется ток в обмотке управления ТПН. Через цепь рабочих обмоток ТПН управляющая обмотка амплистата получает питание в области ограничения наибольшего напряжения генератора. В области ограничения мощности управляющая обмотка амплистата питается как от цепи рабочих обмоток ТПН, так и от цепи рабочих обмоток ТПТ, при этом чем меньше ток генератора, тем больше составляющая тока от цепи ТПН и меньше от цепи ТПТ. Поэтому при изменении сопротивления резистора СТН характеристика генератора в области ограничения напряжения перемещается параллельно самой себе, а в области ограничения мощности поворачивается вокруг точки Б (рис. 45, в).

При уменьшении сопротивления резистора СБТТ характеристика гене-ратора в области ограничения мощности и тока сдвигается параллельно самой себе вправо, при увеличении сопротивления — влево (рис. 45, г). Объясняется это следующим образом. При уменьшении сопротивления резистора уменьшаются падение напряжения на нем и ток в управляющей обмотке амплистата. Следовательно, увеличиваются подмагничива-ние амплистата, ток его выхода, возбуждение возбудителя и генератора. При увеличении сопротивления резистора подмагничивание амплистата уменьшается, уменьшаются ток выхода его, возбуждение возбудителя и генератора. Аналогичным рассуждением можно показать влияние сопротивления резистора СБТН (рис. 45,д).

Рис 46 Характеристика тягового генератора при аварийном режиме возбуждения

Назначение размагничивающей обмотки возбудителя. Амплистат имеет большой ток холостого хода, поэтому при отсутствии подмагничивания амплистата (на нулевой позиции) или при небольшом подмагничивании (на низких позициях) ток возбуждения возбудителя и генератора может быть большим, что не позволяет обеспечить плавное трогание тепловоза

с места. Для компенсации напряжения возбудителя от тока холостого хода амплистата на полюсах возбудителя размещена, размагничивающая обмотка Н3—Н4 (см. рис. 36 и 37), которая получает питание от вспомогательного генератора. При аварийном режиме эта обмотка может использоваться и как намагничивающая. Тогда она получит питание от вспомогательного генератора постоянным по значению напряжением, и возбудитель и генератор также будут иметь постоянное напряжение (рис. 46). Естественно, работа при постоянном напряжении генератора не может обеспечить режима постоянства мощности. И поэтому работа тепловоза в таком режиме может быть лишь с уменьшенной технической скоростью.


Аналитическое обоснование автоматического управления генератором по току на-грузки. Рассмотрим некоторые аналитические зависимости [2, 3], которые позволят подтвердить сделанные ранее выводы об управлении генератором по току нагрузки при помощи системы возбуждения с магнитными усилителями и селективным узлом. Как указывалось выше, ТПТ и ТПН имеют прямолинейную зависимость выходных токов от входных сигналов:

В этих равенствах Кт и лн — коэффициенты пропорциональности. При этом коэффициент Кт — постоянный и зависит только от параметров ТПТ. Коэффициент Кн зависит как от параметров ТПН, так и от сопротивления резистора СТН (чем больше сопротивление резистора СТН, тем меньше Кн).

В области работы селективного узла при средних значениях тока и напряжения генератора в управляющую обмотку поступает ток от цепей рабочих обмоток как ТПТ, так и ТПН. Обратимся к рассмотренной ранее эквивалентной схеме селективного узла (см. рис. 44), на которой обозначены протекающие токи.

Дополнительное автоматическое управление дизель-генератором по мощности. Назначение. При установившемся режиме работы на тяговый генератор передается так называемая свободная мощность дизеля:

Каждая из этих трех величин в процессе работы тепловоза непрерывно меняется. Дополнительное автоматическое управление дизель-генератором по мощности при отклонении хотя бы одной из трех указанных величин обеспечивает изменение возбуждения генератора таким образом, чтобы восстановить соответствие Nr, Ne и Nвсп-

Рис. 47. Внешняя характеристика тягового генератора с дополнительным управлением мощности:

Этим достигается полное использование свободной мощности дизеля и в то же время не допускается перегрузка его.

Следует еще раз обратить внимание на то, что полученная в результате автоматического управления генератором по току нагрузки внешняя характеристика на тепловозах типа ТЭ10 не обеспечивает постоянства мощности: прямолинейная характеристика БГ лежит выше характеристики постоянства мощности — гиперболы БВГ (рис. 47). Если в точках Б' и Г' характеристики генератора установлена номинальная мощность (см. линию АБ’В'Г'О), то в средней части характеристики (точка В') мощность превышает номинальную на 6—7%.

Характерно также то, что на тепловозах типа ТЭ10 в связи с тем, что применена замкнутая САУ генератором по току нагрузки (в отличие от тепловозов ТЭ3, ТЭ2 и др.), на мощность генератора не оказывают влияние ни температура обмоток, ни гистерезис. Правда, мощность генератора может изменяться (весьма незначительно) при отклонении некоторых параметров САУ генератором — изменении температуры задающей и управляющей обмоток амплистата, неточности работы бесконтактного тахоме-трического блока или тахогенератора, изменении напряжения вспомогательного генератора (последнее лишь в схеме с тахогенератором) и пр.

Рассмотрим пример, когда в процессе управления по току нагрузки генератор перегружает дизель при работе по прямолинейной характеристике.

Тогда система дополнительного автоматического управления дизель-генератором уменьшает возбуждение генератора, поддерживая мощность его постоянной, не допуская перегрузки дизеля. Когда же увеличивается реализуемая дизелем мощность или уменьшается вспомогательная нагрузка, система дополнительного автоматического управления дизель-генератором увеличивает возбуждение генератора и его мощность, обеспечивая более полное использование мощности дизеля для целей тяги.

Таким образом, система дополнительного автоматического управления дизель-генератором по мощности имеет следующее назначение:

1) изменяет мощность генератора прямо пропорционально мощности дизеля и обратно пропорционально затрате мощности на привод вспомогательных агрегатов тепловоза;

2) при неизменной свободной мощности дизеля поддерживает постоянной мощность генератора в процессе автоматического управления по току нагрузки в пределах рабочей части характеристики, а также при влиянии на мощность генератора других факторов.

Кроме того, как будет показано ниже, система дополнительного автоматического управления дизель-генератором по мощности на промежуточных позициях контроллера догружает генератор так, чтобы работа дизеля проходила по скоростной регуляторной характеристике.

Понятие об объединенном управлении дизель-генератором. На тепловозах ТЭЗ без узла АРМ, ТЭМ2, ТЭМ1 и др. при работе дизеля по нагрузочной характеристике (пока рейки топливных насосов не дошли «до упора») изменение Nr, Ne, Nвсп не связано между собой, т. е. изменение одной из величин не приводит к изменению других. Такие системы автоматического управления дизель-генератором называют несвязанными (раздельными). В системах несвязанного автоматического управления САУ дизелем и генератором между собой не связаны ни конструктивно, ни кинематически и взаимодействуют друг с другом лишь через общий объект управления (дизель-генератор).

В отличие от этих систем существуют связанные системы автоматического управления дизель-генератором. Эти системы в свою очередь подразделяются на системы последовательного управления и объединенные. В системах последовательного управ-ления регулятор генератора вступает в работу лишь после того, как регулятор дизеля увеличит подачу топлива до предела (тепловозы ТЭЗ с узлом АРМ). Объединенное управление дизель-генератором применено на всех современных тепловозах, в том числе и на тепловозах типа ТЭ10. При нем на каждой рабочей позиции контроллера производится одновременное управление как частотой вращения валов дизеля, так и нагрузкой на дизель. Объединенное управление дизель-генератором обеспечивает наилучшее использование мощности дизеля как на номинальной, так и на промежуточных позициях контроллера.
 

Рис. 48.

Рис. 49. Схема объединенного регулятора частоты вращения и мощности типа 9Д100 b управления питанием регулировочной обмотки амплистата через индуктивный датчик:

Объединенный регулятор (рис. 48) как бы состоит из двух взаимосвязанных в работе регуляторов: регулятора частоты вращения валов дизеля РЧВ и регулятора мощности РМ. При помощи первого на каждой позиции контроллера поддерживается неизмен-ной частота вращения валов дизеля n0; второй регулятор, изменяя возбуждение и мощность генератора, поддерживает на каждой позиции контроллера неизменной нагрузку на дизель или изменяет эту нагрузку примерно пропорционально реализуемой дизелем свободной мощности (точнее, он поддерживает неизменной подачу топлива то или, еще точнее, положение реек топливных насосов).

Особенности устройства и работы объединенного регулятора. В основе конструкции объединенного регулятора лежит регулятор частоты вращения дизелей 2Д100 и Д50, который, как известно, на тепловозах ТЭ3,

ТЭМ2, ТЭМ1 и др. поддерживает постоянной частоту вращения валов дизеля, изменяя подачу топлива пропорционально нагрузке. Объединенный регулятор, кроме того, имеет узел управления нагрузкой на дизель (узел управления мощностью генератора).

На дизель-генераторах тепловозов 2ТЭ10Л, выпускаемых до конца 1972 г., а также на дизель-генераторах тепловозов ТЭП60 применяются объединенные регуляторы типа 9Д100 (рис. 49). На дизель-генераторах тепловозов 2ТЭ10Л с динамической жесткой характеристикой генератора по напряжению, выпускаемых с конца 1972 г,, а также на дизель-генераторах тепловозов 3ТЭ10М, 2ТЭ10М и 2ТЭ10В устанавливаются регуляторы типа 10Д100.36сб или 10д100.36сб-1 (особенности их рассмотрены ниже).

Узел управления нагрузкой состоит из серводвигателя 14, нагрузки и управляющего им золотника 8. Этот узел управляет возбуждением гене-ратора, для чего шток поршня серводвигателя нагрузки связан с якорем индуктивного датчика ИД, через который получает питание регулировочная обмотка ОР амплистата.


На тепловозах типа ТЭ10, выпускаемых до 1966—1967 гг., регулировочная обмотка амплистата получает питание от вспомогательного генератора через регулировочный реостат [15].


Эта обмотка управляет подмагни-чиванием сердечника амплистата в процессе дополнительного автоматического управления дизель-генерато-ром по мощности, изменяя ток возбуждения возбудителя и генератора, а следовательно, и его мощность.

Для того чтобы нагляднее представить себе необходимый закон измене-ния тока в регулировочной обмотке амплистата, еще раз обратимся к графику на рис. 47. Здесь линией АБГД представлена внешняя (селективная) характеристика генератора при отключенной регулировочной обмотке. При включенной регулировочной обмотке и максимальном токе в ней (около 0,75 А) внешняя характеристика генератора будет иметь форму АБГД (при максимальной мощности дизеля и минимальной вспомогательной нагрузке). Для этой внешней характеристики мощность генератора будет изменяться по кривой АБ'В’Г'О. Если в точках Б' и Г' установлена номинальная мощность, то в пределах

рабочей части характеристики будет перегрузка дизеля, представленная линией Б'В' Г'

Для того чтобы исключить эту перегрузку, необходимо уменьшить мощность генератора за счет снижения тока в регулировочной обмотке, причем так, чтобы ток был обратно пропорционален возможной перегрузке (см. линию лмн на рис. 47), Тогда получим необходимую внешнюю характеристику генератора, представленную линией АБВГД; график мощности генератора изобразится линией АБ'В"Г'О. При снижении мощности дизеля или увеличении вспомогательной нагрузки мощность генератора уменьшается (линия АЕ'З'О) за счет снижения тока в регулировочной обмотке в пределах рабочей части характеристики (линия
прс на рис. 50).

Рис. 50. Внешняя характеристика тягового генератора с дополнительным управлением мощности при снижении мощности дизеля или увеличении вспомогательной нагрузки:

Рис. 51. Индуктивный датчик и его характеристика:

Как отмечалось выше, объединенный регулятор изменяет ток в регулировочной обмотке амплистата через индуктивный датчик, который представляет индуктивный преобразователь механического перемещения што-ка поршня серводвигателя нагрузки в электрический сигнал (изменение тока) в регулировочной обмотке ампли-стата. Индуктивный датчик состоит из магнитопровода (корпуса) 3, катушки 1 и ферромагнитного якоря 5 (рис. 51, а). Катушка включена в цепь переменного тока. Индуктивное сопротивление катушки намного больше активного и зависит от положения якоря в катушке. Когда якорь полностью входит в катушку, индуктивное сопротивление ее максимальное, а ток в цепи катушки минимальный.

Чем больше выдвинут якорь (больше Δl), тем меньше индуктивное и полное сопротивление катушки Z, а ток Iор больше (рис. 51, б). В связи с тем что индуктивное сопротивление

катушки намного больше активного, приведенная на рис. 51, б характеристика практически не зависит от позиции контроллера.

Якорь ИД соединен со штоком поршня серводвигателя нагрузки так, чтобы при крайнем от блока (на схеме рис. 49 правом) положении поршня серводвигателя ток в регулировочной обмотке был минимальным.

В схеме тепловоза цепь катушки ИД получает питание от синхронного подвозбудителя через секцию 01—02 первичной обмотки распределительного трансформатора (см. рис. 36). В эту цепь через выпрямительный мост включена регулировочная обмотка амплистата ОР, настроечный ре-зистор СОР и контакты реле РУ10*, которые замкнуты, начиная с 4-й позиции контроллера.

* В схеме тепловозов ТЭП60 контакты роле в этой цепи отсутствуют.

Схема работы узла управления нагрузкой на дизель сводится к следующему. Предположим, нагрузка на дизель возросла, тогда частота вращения валов снизится, грузы 11 (см. рис. 49) регулятора сойдутся и через золотник 12 масло поступит под си-ловой поршень 13, поднимая его и увеличивая подачу топлива. Подъем силового поршня вызовет подъем плунжера 7 золотника 8 серводвигателя нагрузки. Тогда масло поступит в левую полость серводвигателя нагрузки 14, вызывая перемещение его поршня 15 от блока дизеля (на схеме рис. 49 вправо). При этом якорь вдвигается в катушку ИД, что вызывает умень-шение тока в цепи регулировочной обмотки амплистата, подмагничивания сердечника, а следовательно, и мощности генератора. Это снимет перегрузку дизеля; подача топлива и частота вращения валов вернутся к прежнему значению. Наоборот, если на-грузка на дизель уменьшится, то частота вращения валов возрастет, грузы 11 регулятора разойдутся и через золотник 12 масло будет вытекать из-под силового поршня 13, который опустится и уменьшит подачу топли-ва. Опускание силового поршня вызовет опускание плунжера 7 золотника 8 серводвигателя нагрузки. Масло будет поступать в правую полость серводвигателя нагрузки 14, вызывая перемещение его поршня 15 к блоку дизеля (на схеме рис. 49 влево). Это приведет к увеличению тока в регулировочной обмотке амплистата, большему подмагничиванию сердечника, а следовательно, и к увеличению мощности генератора. Нагрузка на дизель возрастет, подача топлива и частота вращения валов вернутся к прежнему значению.

В процессе работы регулятора, когда под избыточным давлением мас-ла перемещается поршень 15 серводвигателя 14, из противоположной полости серводвигателя масло вытекает через открывшиеся отверстия золотника, создавая давление на торец золотниковой втулки и перемещая ее вслед за плунжером 7. Это приводит к уменьшению площади сечения отверстий, открываемых плунжером 7, и к замедлению перемещения поршня 15 серводвигателя нагрузки 14. Так вводится гибкая обратная связь,

необходимая для успокоения процесса управления. Обратная связь (т. е, устойчивая работа регулятора) настраивается регулировкой игольчатых клапанов 5 (изодромных дросселей).
 

Рис. 52. Внешняя АБ и скоростные регуляторные характеристики дизеля (цифры указывают деления на траверсе регулятора)

Таким образом, на каждой позиции контроллера регулируется мощность генератора, а частота вращения валов дизеля и подача топлива остаются неизменными. Другими словами, в результате процесса управления силовой поршень 13 серводвигателя подачи топлива, золотники 8 и 12 занимают исходное положение; лишь поршень 15 серводвигателя нагрузки 14

и якорь ИД займут новое положение, изменив возбуждение генератора так, чтобы обеспечить новое равновесное состояние дизель-генераторной установки.

Так протекает процесс управления в области поддержания постоянной мощности дизеля. В области ограничения по току или по напряжению, когда генератор не может загрузить дизель, поршень серводвигателя нагрузки перемещается в крайнее к блоку положение и выдвигает якорь из катушки ИД, чем устанавливает наибольший ток в регулировочной обмотке. В этом случае подача топлива будет изменяться пропорционально нагрузке дизеля, т. е. объединенный регулятор будет работать, как регулятор частоты вращения (подобно регулятору дизелей 2Д100 и Д50).



Автоматическое управление тяговым генератором по частоте вращения. Понятие о характеристиках дизеля. При снижении позиций контроллера с помощью электромагнитов МР1— MP4 (1—4) уменьшается сила затяжки всережимной пружины регулятора и соответственно уменьшается часто-та вращения коленчатого вала, которую поддерживает регулятор. Если бы при этом подача топлива (на ход поршня) оставалась неизменной, мощность дизеля уменьшилась бы по его внешней характеристике (см. кривую АБ на рис. 52). Однако по внешней характеристике дизели тепловозов типа ТЭ10 работать не могут вследст-вне особенности объединенного регулятора. Дело в том, что шток 6 силового поршня серводвигателя подачи топлива (см. рис. 49) кинематически связан траверсой (рычагом обратной связи) АБВ с механизмом затяжки всережимной пружины 9. Поэтому при установившемся режиме работы (при неизменном среднем положении плунжера 7 золотника 8 серводвигателя нагрузки 14) величина подачи топлива зависит от затяжки всережимной пружины 10. Значит, чем меньше частота вращения коленчатого вала, тем меньше подача топлива. Благодаря этому при уменьшении частоты вращения валов мощность дизеля снижается более резко, чем по внешней характеристике (по так называемой скоростной регуляторной характеристике, см. рис. 52).

Скоростной эту характеристику называют потому, что она показывает зависимость мощности дизеля от частоты вращения вала, а регуляторной — потому, что определяется параметрами регулятора. Форма скоростной регуляторной характеристики определяется положением эксцентрикового механизма и соотношением плеч траверсы регулятора (АБ и БВ на рис. 49), При этом перемещение точки Б в сторону штока 6 силового поршня (уменьшение номера делений на траверсе) увеличивает мощность

на промежуточных позициях контроллера (и наоборот). Несколько скоростных регуляторных характеристик, соответствующих положению ползунка у 0, 2, 4, 6 и 8-го деления на траверсе приведены на рис. 52, Изменяя положение точки Б, т. е. изменяя соотношение плеч (АБ и Б В на рис. 49), можно выбрать оптимальную форму скоростной регуляторной характеристики дизеля Nе = f(n), при которой к. п. д. силовой установки был бы максимальным и в то же время не была бы допущена тепловая перегрузка дизеля на низких позициях контроллера. На тепловозах ЗТЭ10М, 2ТЭ10М, 2ТЭ10В, 2ТЭ10Л ползунок устанавливается против 2-го и 3-го делений на траверсе; на тепловозах ТЭП60 —против 0—1-гo делений.

Генераторная характеристика. При снижении частоты вращения напряжение и мощность тягового генератора также должны уменьшаться. На тепловозах ТЭЗ, ТЭМ2, ТЭМ1 и др., где применена разомкнутая САУ генератором (см. рис. 32), уменьшение напряжения и мощности генератора происходит из-за снижения частоты вращения якоря и уменьшения магнитного потока генератора вследствие уменьшения напряжения и тока возбудителя. На тепловозах типа ТЭ10 применена замкнутая САУ генератором (см. рис. 34 и 35). Поэтому снижение частоты вращения якоря и уменьшение магнитного потока генератора вследствие уменьшения напряжения и тока возбудителя не могут изменить напряжение и мощность генератора. Снижение напряжения и мощности генератора при этом может быть достигнуто лишь уменьшением подмагничивания амплистата. Это и

осуществляется питанием задающей обмотки амплистата через бесконтактный тахометрический блок током, который пропорционален частоте вращения.

На тепловозах типа ТЭК), выпускаемых до 1966— 1967 гг., задающая обмотка амплистата получает питание от тахогенератора
 

Рис. 53. Взаимное расположение скоростной регуляторной АВ и генераторной ГД характеристик дизеля

Рис. 54. Генераторная характеристика тепловоза 2ТЭ10Л на 1—11-й позициях контроллера:


Зависимость тока в задающей обмотке от частоты вращения вала дизель-генератора Iоз—f(n) определяет зависимость мощности генератора от частоты вращения или, другими словами, загрузку дизеля со стороны генератора на промежуточных позициях контроллера. Назовем эту характеристику (с учетом затраты мощности на потери в генераторе и привод вспомогательных агрегатов тепловоза) генераторной характеристикой N'T—f(n), подчеркивая этим, что форма ее определяется настройкой САУ

генератором без действия объединенного регулятора и регулировочной обмотки амплистата.

Совмещение генераторной и скоростной регуляторной характеристик. Идеальным было бы, если генераторная характеристика совпала с установленной скоростной регуляторной. Однако это практически невозможно. Обычно генераторная характеристика лежит ниже скоростной регуляторной (рис. 53, а) Объединенный регулятор через индуктивный датчик установит такой ток в регулировочной обмотке, который обеспечит дополнительное подмагничивание амплистата и увеличение мощности генератора до значений , ограничиваемых скоростной регуляторной характеристикой. Если генераторная характеристика будет вы-ше скоростной регуляторной (рис.
53, б), то генератор будет перегружать дизель и поршень серводвигателя нагрузки объединенного регулятора переместится в крайнее от блока положение, вдвинет якорь в катушку ИД и установит минимальный (близкий к нулю) ток в регулировочной обмотке. Объединенный регулятор будет работать, как регулятор частоты вращения.

Практически может быть случай, когда генераторная и скоростная регуляторная характеристики пересекаются (рис. 53, в). Тогда на участке АО, где скоростная регуляторная характеристика выше генераторной, объединенный регулятор будет догружать генератор, а на участке ОВ, где скоростная регуляторная характеристика ниже генераторной, поршень серводвигателя нагрузки переместится в крайнее положение, соот-ветствующее почти полному выключению тока в регулировочной обмотке амплистата.

Может быть и такой случай (например, на тепловозах 2ТЭ10Л, рис. 54), когда разрыв между скоростной регуляторной и генераторной характеристиками при низких позициях контроллера становится настолько большим, что дополнительное подмагничивание амплистата при помощи регу-лировочной обмотки не может увеличить мощность генератора до значений, ограничиваемых скоростной регуляторной характеристикой. При этом на низких позициях приходится при помощи реле РУ4 шунтировать ступень резистора СОЗ и увеличивать мощность генератора.

Рис. 55. Принципиальная электрическая схема бесконтактного тахометрнческого блока БА-420:
 

Таким образом, загрузка дизеля со стороны генератора и вспомогательных агрегатов тепловоза может быть как по скоростной регуляторной, так и по генераторной характеристикам. Зависимость загрузки дизеля со стороны генератора и вспомогательных агрегатов тепловоза от частоты вращения валов, которая может совпадать со скоростной регуляторной или генераторной характеристиками, обычно называется тепловозной характеристикой.

Питание задающей обмотки амплистата через бесконтактный тахометри-ческий блок. Бесконтактный тахоме-трический блок (БТ) в САУ тепловозов служит для того, чтобы обеспечить питание задающей обмотки амплистата током, пропорциональным частоте вращения валов дизель-гене-раторной установки и тем самым обеспечить автоматическое управление

тяговым генератором по частоте вращения.
 

Основным узлом БТ (рис. 55) является насыщающийся трансформатор с сердечником из пермаллоя, имеющего прямоугольную петлю гистерезиса. Как известно, у обычного (нена-сыщающегося) трансформатора вторичное напряжение пропорционально первичному. В насыщающемся трансформаторе при перемагничивании сердечника переменным током (рис. 56, а) 2 раза в течение одного периода достигается насыщение сердечника (рис. 56, б). При изменении магнитного потока в сердечнике будет индуктироваться э.д. с. во вторичной обмотке Е2. При насыщении сердечника (Ф=const) э.д.с. во вторичной обмотке не индуктируется. Таким образом, форма э. д. с. во вторичной обмотке будет иметь вид импульсов различной полярности (рис. 56, в). После выпрямления импульсы напряжения будут иметь одинаковый знак (рис. 56, г). Площадь каждого импульса не зависит от частоты первичного напряжения и почти не зависит от значения этого напряжения. Поэтому среднее значение напряжения на выходе насыщающегося трансфер-матора будет зависеть от количества импульсов в единицу времени, т. е. от частоты переменного тока.

Рассмотренный принцип действия насыщающегося трансформатора иллюстрируется его характеристикой (рис. 57), из которой видно, что при малых значениях первичного напряжения U1 вторичное напряжение U2 растет пропорционально первичному. Затем при насыщении вторичное напряжение остается почти неизменным, зависящим лишь от частоты питания.

На основании этого свойства насы-вдающегося трансформатора и создан бесконтактный тахометрический блок (см. рве. 1, 4, 5 и 55). Синхронный подвозбудитель тепловоза получает вращение от вала дизель-генератора. Поэтому частота напряжения его пропорциональна частоте вращения вала. Если синхронный подвозбудитель подключить к первичной обмотке насыщающегося трансформатора, то вторичное напряжение будет прямо пропорционально частоте переменного тока или частоте вращения вала дизель-генератора, Вторичное напряжение после выпрямления в выпрямительном мосте В подается на задающую обмотку амплистата и, таким образом, обеспечивается пропорциональность тока в задающей обмотке частоте вращения вала дизель-генератора или позиции контроллера.

Кроме перечисленных узлов, в схему БТ (см. рис. 55) входит компенсирующий трансформатор Тр2. Он выполнен на тороидальном сердечнике из альсифера, который имеет малую магнитную проницаемость, и не насыщен. Первичная обмотка этого

трансформатора соединена последовательно и согласно с первичной обмоткой насыщающегося трансформатора, и напряжение, приложенное к ней, пропорционально напряжению синхронного подвозбудителя. Вторичная обмотка компенсирующего трансформатора включена последовательно и встречно со вторичной обмоткой насыщающегося трансформатора и ее э. д. с. компенсирует ту часть э. д. с. вторичной обмотки насыщающегося трансформатора, которая обусловлена влиянием первичного напряжения на напряжение выхода БТ. Этим достигается независимость напряжения выхода БТ от напряжения синхронного подвозбудителя и тем самым увеличивается точность работы БТ.

Пульсация выходного напряжения сглаживается фильтром, который состоит из дросселя Др на Ш-образном сердечнике с регулируемым воздушным зазором, двух параллельно включенных электролитических конденсаторов С и резистора R.

Выходной ток БТ подводится к цепи задающей обмотки амплистата через резистор СОЗ. Параллельно этому резистору включены контакты реле управления и отключателей тяговых электродвигателей (рис. 58), За-мыкающим контактом реле РУ8, начиная со 2-й позиции контроллера, шунтируется одна из ступеней резистора СОЗ.

Другая ступень шунтируется замыкающим контактом реле РУ10, начиная с 4-й позиции. Эти ступени резистора, уменьшая ток в задающей обмотке амплистата, обеспечивают плавное трогание тепловоза с места.

Третья ступень резистора СОЗ вводится в цепь при выключении от-ключателей ОМ1—ОМ6, чем снижается ток в задающей обмотке амплистата и уменьшается мощность генератора при отключении тягового электродвигателя (примерно на 1/6 часть).

На тепловозах 2ТЭ10Л, выпускаемых до 1974 г., на 1—11-й позициях контроллера замыкающим контактом реле РУ4 шунтируется четвертая ступень резистора СОЗ, что увеличивает ток в задающей обмотке амплистата, повышает мощность генератора, полнее загружая дизель и обеспечивая его работу при более экономичных режимах (см. рис. 54, б).
 

Рис. 59. Генераторная характеристика при изменении подпитки цепи задающей обмотки амплистата:
1 — положительная подпитка; 2 — без подпитки; 3 — отрицательная подпитка

Рис. 58. Принципиальиаи электрическая схема питания задающей обмотки амплистата через бесконтактный тахометрический блок БТ тепловозов ЗТЭ10М, 2ТЭ10М, 2ТЭ10В и 2ТЭ10Л

Рис. 60. Эквивалентная схема питания задающей обмотки амплистата с положительным (а) и отрицательным (б) узлами подпитки

Рис. 61. Ток в задающей обмотке амплистата при изменении позиций контроллера: 1 — без узла подпитки

Узел подпитки (смещения) цепи задающей обмотки. При необходимости приблизить генераторную характеристику к скоростной регуляторной, чтобы уменьшить диапазон управления с помощью объединенного регулятора, можно изменить наклон генераторной характеристики подпиткой цепи питания задающей обмотки при помощи узла подпитки (рис. 59). Так, на тепловозах 2ТЭ10Л, выпускаемых в 1969—1974 гг., наклон генераторной характеристики уменьшался (т. е. увеличивалось использование мощности на промежуточных позициях контроллера, см. линию 1).

Для этого уменьшалась интенсивность снижения тока в задающей обмотке амплистата при снижении частоты вращения валов дизеля узлом положительной подпитки цепи (см. с. 89, 90).

На тепловозах ТЭП60 с дизелями 11Д45А, имеющими очень большой наклон скоростных регуляторных характеристик, наклон генераторной характеристики приходится увеличивать, т. е. уменьшать использование мощности на промежуточных позициях контроллера (см. линию 2). Для этого увеличивают интенсивность снижения тока в задающей обмотке амплистата при снижении частоты вращения валов дизеля узлом отрицательной подпитки цепи (см. рис. 5).

Для того чтобы разобрать действие узлов подпитки, рассмотрим эквива-лентную схему цепи, заменив в первом приближении узел подпитки источником э.д.с. Uсм (рис. 60).

13 Особенности схемы тепловозов с возбудителем переменного тока

Описание и буквенные обозначения приведены применительно к тепловозам ТЭП60 раннего выпуска.

Рис. 62. Структурная схема комбинированного метода автоматического управления электрической передачей тепловозов типа ТЭ10 с возбудителем переменного тока:

В наиболее раннем варианте электрической схемы нет возбудителя постоянного тока. Синхронный трехфазный возбудитель, трехфазный ампли-стат и трехфазный выпрямитель находятся в цепи возбуждения тягового генератора. Тяговый генератор здесь так же, как и в схеме с возбудителем постоянного тока, имеет комбинированный метод автоматического управления по току нагрузки (рис. 62). Регулятором служит трехфазный магнитный усилитель (амплистат) возбуждения генератора, который получает сигналы управления через обмотки управления Сигнал по току нагрузки генератора подается через селективный узел СУ с помощью трансформатора постоянного тока ТТ (сигнал  по произвольно изменяемой нагрузке). Сигнал по напряжению генератора, являющийся обратной связью для САУ, передается через селективный узел с помощью трансформатора постоянного напряжения ТН. Кроме того, регулятор (амплистат) получает
сигнал в виде тока в задающей об-мотке Iоз от тахогенератора Т1, что обеспечивает автоматическое управление генератором по частоте вращения. Регулятор (амплистат) получает также сигнал в виде тока в регулировоч-ной обмотке Iop через регулировочный реостат СРМ1 объединенного регулятора РМ, чем обеспечивается дополнительное автоматическое управление дизель-генератором по мощности. Так как нет возбудителя постоянного тока, как лишнего инерционного звена, то в системе не наблюдается автоколебания. Поэтому здесь не применяется обратная связь для стабилизации переходных процессов, как это имеет место через стабилизирующую обмотку амплистата в схеме с возбудителем постоянного тока (см. с. 41).

Питание обмотки независимого возбуждения возбудителя через рабочие обмотки амплистата производится от синхронного возбудителя В. Обмотка возбуждения В получает питание от вспомогательного генератора ВГ. Во избежание падения напряжения синхронного возбудителя с увеличением его тока нагрузки применен узел коррекции напряжения синхронного возбудителя, т. е. подпитка обмотки возбуждения через трансфор-матор коррекции ТК током, пропорциональным току нагрузки. Этот узел коррекции служит местной обратной связью по току синхронного возбудителя.

В качестве возбудителя тягового генератора марки МПТ-120/55А используется трехфазный синхронный генератор ГСВ-20 мощностью 20 кВА, напряжением 230 В, частотой 400 Гц (рис. 63)

Рис. 63. Принципиальная электрическая схема возбуждения тягового генератора и возбуди теля тепловозов типа ТЭ10 с возбудителем переменного тока

От возбудителя через автотрансформатор АТВ, амплистат АВ, выпрямители БВ1, а также главные контакты контактора КГ получает питание обмотка независимого возбуждения генератора H1—Н2.

Вспомогательный генератор ВГ марки ВГТ-275/120, кроме своего обычного назначения на тепловозе, питает обмотку возбуждения синхронного возбудителя (на роторе), обмотку возбуждения тахогенератора, а также цепь регулировочной обмотки ОР амплистата АВ через регулировочный реостат СРМ1 (поскольку рассматриваемая схема более ранняя, индуктивный датчик 6 ней не приме-нялся). Тахогенератор Т1 марки В-4БП, получающий вращение от вала дизель-генератора, питает задающую обмотку ОЗ амплистата АВ (бесконтактный тахометрический блок для питания задающей обмотки амплистата еще не применялся).

Трехфазный амплистат возбуждения генератора АВ марки АВ-4 имеет шесть рабочих обмоток, которые смонтированы на шести сердечниках. Последовательно с каждой из рабочих обмоток включены диоды, благодаря чему ток в обмотках течет толь-ко в одном направлении (для обеспечения внутренней обратной связи в амплистате).

Рабочие обмотки амплистата получают питание от синхронного возбудителя через трехфазный автотрансформатор АТВ, который понижает напряжение с 220—230 до 65—70 В. Такое снижение напряжения необходимо в связи с тем, что примененные в схеме диоды рассчитаны на низкое обратное напряжение. Для защиты диодов от перенапряжения служат конденсаторы, смонтированные на бло-ках БКВ и Б К (на принципиальной схеме не показаны). Каждый из конденсаторов включен параллельно одному из диодов блока БВ1, а один конденсатор включен параллельно выпрямительному мосту БВ2. Диоды блока БВ1 нуждаются в защите от перенапряжений, например, при пуске дизеля, когда в обмотке возбуждения тягового генератора возникает э. д. с. самоиндукции обратного направления.

Амплистат имеет четыре обмотки управления: задающую 03, управляющую ОУ, регулировочную ОР и дополнительную ОД. Эти обмотки смонтированы так, что охватывают все 6 сердечников. Назначение задающей, управляющей и регулировочной обмоток такое же, как и в новой схеме. Дополнительная обмотка (на рис. 63 не изображена) на тепловозах ТЭП60 используется для сигнализации о пробое диодов в цепи рабочих обмоток амплистата.

Рис. 65. Характеристика СИНХРОННОГО возбудителя ГСВ-20:
1 — без коррекции; 2 — с коррекцией напряжения
 

Из характеристики амплистата АВ-4 видно, что изменение рабочего тока от 10 до 260 А (кратность выходного тока равна 26) происходит при небольшом изменении м. д. с. управляющей обмотки (на 80 А, т. е. на 15%). Коэффициент усиления здесь несколько ниже, чем у амплистата АВ-ЗА. Обращает на себя внимание заметное отклонение формы характе-ристики от прямолинейной, что является следствием нагрузки амплиста-та на обмотку возбуждения тягового генератора с большой индуктивностью.

Трансформаторы постоянного напряжения ТН марки ТПН-2А, постоянного тока ТТ марки ТПТ-4А по принципу работы и конструкции аналогичны трансформаторам ТПН-3А и ТПТ-4Б, применяемым при новой схеме возбуждения, но имеют отличающиеся параметры обмоток и характеристики.

Через распределительный трансформатор ГР, к первичной обмотке которого подводится линейное напряжение (от двух фаз) синхронного возбудителя, получают питание рабочие обмотки ТТ и ТН, а также узел коррекции. При напряжении синхронного возбудителя на 15-й позиции контроллера, равном 220 В, к рабочей обмотке ТТ подводится 130 В, к рабочей обмотке ТН—50 В, к узлу коррекции — 60 В.

Селективный узел по назначению, схеме и принципу работы такой же, как и на тепловозах с новой схемой возбуждения. Одинаковы панели выпрямителей 1БВЗ и 2БВЗ. Отличаются лишь параметры резисторов СТТ, СТН1 и СОУ.

В рассматриваемом варианте схемы имеется так называемый узел коррекции напряжения синхронного возбудителя, т. е. узел подпитки обмот-ки возбуждения синхронного возбудителя, который не допускает падения напряжения возбудителя при увеличении тока нагрузки его (т. е. тока возбуждения тягового генератора). Дело в том, что при увеличении тока нагрузки любого синхронного генератора напряжение его под действием реакции якоря резко падает (кривая 1 на рис. 65). Применительно к синхронному возбудителю рас-сматриваемой схемы это недопустимо, так как ограничивает ток выхода амплистата, т. е. ток возбуждения и напряжение тягового генератора. С этой точки зрения необходимо, чтобы напряжение синхронного возбудителя не падало, а наоборот, несколько возрастало (кривая 2).

В узел коррекции входят вторичная обмотка Н4—К4 распределительного трансформатора ТР, трансформатор коррекции ТК марки ТПТ-3А, панель выпрямительного моста БВ2. Трансформатор коррекции представляет собой простейший магнитный усилитель без обратной связи с коэффициентом усиления намного меньшим единицы. Через обмотку управления его протекает ток нагрузки синхронного возбудителя Iсв (ток независимого возбуждения тягового генератора Iнвг) . В цепи рабочей обмотки течет ток Iтк от вторичной обмотки Н4—К4 распределительного трансформатора.

Этот же ток после выпрямления (называемый током коррекции Iк) обеспечивает подпитку обмотки возбуждения синхронного возбудителя (дополнительно к питанию этой обмотки от вспомогательного генератора).

При увеличении тока нагрузки синхронного возбудителя Iсв (тока независимого возбуждения тягового гене-ратора Iнвг) увеличивается м. д. с. обмотки управления трансформатора коррекции и повышается ток его выхода, т. е. ток возбуждения синхронного возбудителя. Благодаря этому обеспечивается требуемая форма характеристики синхронного возбудителя (кривая 2 на рис. 65).

Для плавного трогания тепловоза с места в цепях возбуждения син-хронного возбудителя и тахогенера-тора установлены резисторы СВВ и СВТ (см. рис. 63). При этом ступени резистора СВВ закорачиваются контактами реле РУ2 и РУЗ, начиная со 2-й и 4-й позиций контроллера, а ступень резистора СВТ закорачивается контактом реле РУ3, начиная с 4-й позиции. При отключении тягового электродвигателя в цепь возбужде-ния тахогенератора при помощи от-ключателей ОМ1—ОМб вводится дополнительная ступень резистора СВТ, чем уменьшается ток возбуждения, а это приводит к уменьшению мощности тягового генератора (примерно на 1/б часть).

Автоматическое управление тяговым генератором по току нагрузки, частоте вращения и днзель-генерато-ра по мощности, а также внешняя характеристика тягового генератора примерно такие же, как и при новой схеме.

Основной недостаток первого варианта схемы — применение диодов на большой ток нагрузки, которые требуют воздушного охлаждения вентиляцией. Трехфазный синхронный возбудитель на большую мощность (20 кВ*А), а также амплистат получились громоздкими с большой площадью сечения обмоток. Требовались дополнительные узлы — автотран-сформатор, узел коррекции. Не удалось получить прямолинейную характеристику амплистата в рабочей зоне, что снизило коэффициент усиления и точность управления.
 

14 Автоматическое управление тяговыми электродвигателями

Степень управления тягового генератора (или диапазон изменения тока и напряжения его) ограничена, как правило, габаритными размерами генератора, насыщением его магнитной системы, а также условиями коммутации. Поэтому использование полной мощности тягового генератора

может быть лишь в определенном интервале тока нагрузки его, а следовательно, скорости движения поезда. При превышении какой-то скорости движения, когда ток нагрузки тягового генератора падает ниже определенного значения, возросший ток возбуждения генератора приводит к насыщению магнитной системы и ограничению напряжения. При ограничении напряжения снижение тока нагрузки вызывает пропорциональное уменьшение реализуемой мощности.
 

Для генераторов ГП-311Б тепловозов ЗТЭ10М, 2ТЭ10М, 2ТЭШВ, 2ТЭ10Л ниже 2900 А, для генераторов ГП-311В тепловозов ТЭП60 — 3150 А

Чтобы использовать полную мощность тягового генератора в более широком интервале скоростей движения или уменьшить необходимую степень управления генератора, приходится при высоких скоростях искусственно увеличивать ток нагрузки генератора. Это достигается автоматическим управлением тяговыми электродвигате-лями путем ослабления возбуждения (ослабления магнитного поля) их.

 

Рис. 66. Схема ослабления возбуждения тягового электродвигателя
Рис. 67. Электротяговая характеристика тягового электродвигателя ЭД-118А

Ослабление возбуждения тяговых электродвигателей осуществляется при помощи резисторов, которые подключаются параллельно обмоткам возбуждения (рис. 66). При этом ток в обмотке возбуждения двигателей уменьшится, и произойдет ослабление возбуждения (поля). Степенью ослабления возбуждения а называется отношение тока возбуждения Iв к току якоря Iя:

а=Iв / Iя.

Чем меньше сопротивление резисторов, которые подключены параллельно обмоткам возбуждения двигателей, тем больше ослабление возбуждения их или, другими словами, тем меньше степень ослабления возбуждения.

На тепловозах ЗТЭ10М, 2ТЭ10М, 2ТЭ10В, 2ТЭ10Л и ТЭП60 с тяговыми электродвигателями ЭД-107,
ЭД-107А, ЭД-118А, ЭД-118Б или
ЭД-108, ЭД-108А степень ослабления возбуждения первой ступени составляет 60%, а второй ступени — 36%. Это значит, что через обмотки возбуждения двигателей проходит 60% (или 36%) тока, а остальная часть тока протекает через шунтирующие резисторы.

Сила тяги на ободе колес Fк пропорциональна току двигателя I (рис. 67) или в данном случае лучше сказать, что при движении тепловоза потребляемый двигателями ток пропорционален реализуемой силе тяги или силе сопротивления движению. Сила

тяги тем меньше, чем меньше степень ослабления возбуждения а или чем меньше магнитный поток полюсов Ф. Это можно выразить равенством

 Fк= См Iя Ф, где См — постоянная двигателя, зависящая от числа полюсов и параметров обмотки якоря.

Увеличение тока, потребляемого тя-говыми электродвигателями тепловоза, при ослаблении возбуждения может быть объяснено следующим образом.

Сила тяги Fк двигателя, как видно из приведенного выше равенст-ва, пропорциональна току якоря Iя и магнитному потоку Ф. В момент включения ослабления возбуждения сила тяги FK практически измениться не может, а магнитный поток Ф быстро уменьшается. Это возможно благодаря саморегулированию двигателей лишь при возросшем токе. Увеличение тока тем больше, чем меньше степень ослабления возбуждения. Увеличение тока генератора позволяет обеспечить его работу при полной мощности и тем самым увеличить скорость движения, при которой используется полная мощность. Чем меньше степень ослабления возбуждения или чем больше увеличение тока генератора, тем до больших скоростей движения используется полная мощность дизель-генератора (рис. 68).

Рис. 68. Интервалы скоростей использования полной мощности дизель-генераторной установки тепловозов при применении ослабления возбуждения тяговых электродвигателей для тепловозов: а — ЭТЭ10М, 2ТЭ10М, 2ТЭ10В, 2ТЭ10Л, ТЭП10Л; б — ТЭП60; А — интервал скоростей использования полной мощности при работе без ослабления возбуждения; Б — то же при ослаблении возбуждения

Таким образом, ослабление возбуждения тяговых электродвигате-лей тепловозов расширяет интервал скоростей, при котором используется полная мощность дизель-генератор-иой установки. Значение степени ослабления возбуждения второй ступени подбирают таким образом, чтобы обеспечить использование полной мощности дизель-генератора вплоть до конструкционной скорости тепловоза. Ослабление возбуждения первой ступени применяют для уменьшения скачков тока при переключении с полного возбуждения на ослабленное (и наоборот) .

Включение каждой ступени ослабления возбуждения должно быть при таких скоростях, когда ток генератора близок к минимальному значению, при котором используется полная мощность. Ослабление возбуждения выключается при скоростях на 4—10 км/ч меньших, чем скорость включения (во избежание звонковой работы).

содержание      ..     2      3      4      5     ..