Как устроен и работает электровоз, тяговый подвижной состав
e-mail:
office@matrixplus.ru tender@matrixplus.ru
icq:
613603564
skype:
matrixplus2012
телефон
+79173107414 +79173107418
г. С аратов
Применение рекуперации дает большой эффект. На отдельных участках с крутыми спусками может быть сэкономлено до 20% электрической энергии, затрачиваемой на тягу поездов. Преимущества рекуперативного торможения этим не ограничиваются. Когда поезд следует по крутому спуску, для того чтобы его скорость не превысила допустимую, обычно локомотив и состав периодически подтормаживают пневматическими тормозами. В результате скорость движения поезда уменьшается, а затем вновь возрастает, т. е. средняя скорость его на спуске ниже допустимой. Кроме того, все время притормаживать поезд нельзя, так как истощается пневматическая тормозная система, снижается коэффициент трения колодок вследствие их нагревания.
При рекуперативном торможении можно обеспечить на спуске постоянную скорость, близкую к допустимой, зависящей от состояния пути, конструкции электровозов, вагонов, контактной сети. Кроме того, к контактной сети при рекуперации подключается дополнительный источник энергии, напряжение в ней повышается, и другие электровозы на этом участке, следующие по подъему или площадке, могут развивать более высокую скорость.
Благодаря электрическому торможению также значительно уменьшается износ тормозных колодок и колес подвижного состава, в результате чего намного снижаются расход металла и затраты на ремонт колесных пар.
Системы рекуперативного торможения должны обеспечивать постоянный ток рекуперации в тяговых двигателях и тормозной момент в условиях непрерывного изменения напряжения в контактной сети. Напряжение в контактной сети колеблется хотя бы потому, что от нее в разные периоды питается различное количество электровозов и электропоездов, да и потребляемая ими мощность меняется в очень широких пределах. При этом возможны резкие изменения тока рекуперации. Этот ток определяется разностью суммарной э. д. с. последовательно соединенных двигателей и напряжения в контактной сети, деленного на сопротивление их обмоток. Общее сопротивление обмоток двигателей, даже соединенных последовательно, как отмечалось выше, мало. Поэтому даже относительно небольшие резкие изменения разности суммарной э. д. с. и напряжения сети вызывают большие броски тока.
Предположим, что в контактной сети по какой-либо причине напряжение увеличилось. Тогда ток в якоре тягового двигателя, работающего в режиме генератора, может изменить направление, и двигатель автоматически перейдет в тяговый режим. Вместо того чтобы тормозить поезд, двигатель будет разгонять его. При понижении напряжения, наоборот, ток рекуперации резко увеличится, тормозной момент возрастет и в поезде возникнут сильные толчки вследствие набегания хвостовых вагонов.
Следовательно, при допустимых нормами колебаниях напряжения в контактной сети в системе рекуперативного торможения должен автоматически поддерживаться примерно один и тот же ток рекуперации, а значит, и тормозной момент, установленный в зависимости от условий движения поезда.
Напомним, что для перехода двигателя из тягового режима в генераторный необходимо, чтобы э. д. с. в обмотке якоря стала больше приложенного напряжения, т. е. напряжения в контактной сети. Но двигатель с последовательным возбуждением не может перейти в режим генератора, потому что магнитный поток возбуждения в нем резко снижается при уменьшении нагрузки, а э. д. с. в обмотке якоря не может стать выше напряжения в сети.
Рис. 47. Схема цепей рекуперативного торможения при независимом возбуждении тяговых двигателей со стабилизирующим резистором R ст (а) и с противовозбуждением возбудителя (б)
Для того чтобы осуществить рекуперативное торможение, необходимо обмотки возбуждения отключить от обмоток якорей и питать их от постороннего источника энергии, например от специального генератора возбудителя В (рис. 47, а). Якорь возбудителя приводится во вращение двигателем Д. В этом случае можно установить в обмотках возбуждения такой ток, при котором э. д. с. в обмотках якорей тяговых двигателей станет больше напряжения в контактной сети. Если скорость движения поезда уменьшится, то может снизиться э. с. двигателей, работающих в режиме генераторов. Однако достаточно увеличить ток возбуждения I в, чтобы поддержать необходимую э. д. е., а значит, ток и тормозной момент, создаваемый двигателями. Для этого регулируют ток I вв в независимой обмотке возбуждения возбудителя В, изменяя сопротивление реостата R.
Схемы, построенные по такому принципу, можно использовать для рекуперативного торможения нескольких параллельно включенных двигателей. При этом в каждой цепи двигателя имеется стабилизирующий резистор R т, а обмотки возбуждения подключены к общему возбудителю В. Стабилизирующие резисторы обеспечивают электрическую устойчивость системы в режиме рекуперативного торможения, но они же создают и присущий схеме недостаток: значительные потери энергии в этих резисторах и необходимость повышенной мощности возбудителя для их компенсации.
Предложено несколько схем, свободных от этого недостатка. Так, на восьмиосных электровозах для осуществления рекуперативного торможения используют противовозбуждение возбудителя (рис. 47, б). В этом случае обмотки возбуждения ОВ тяговых двигателей подключают к якорю возбудителя В. Возбудитель имеет две обмотки: независимую ОНВ, напряжение в которую подается от постороннего источника энергии, и обмотку противовозбуждения ОПВ, включенную последовательно в цепь тока рекуперации. Магнитные потоки обеих обмоток, создаваемые соответственно токами I о». и I р, направлены встречно. При увеличении тока рекуперации в случае уменьшения напряжения в контактной сети ток обмотки противовозбуждения снижает результирующий магнитный поток возбуждения возбудителя. Соответственно уменьшаются возбуждение генератора (тягового двигателя) и его э. д. с. Когда напряжение в контактной сети повышается, ток рекуперации уменьшается и все процессы в схеме проходят в обратном порядке. При рекуперативном торможении с использованием противовозбуждения обмотки возбуждения двигателей включают так же, как и при реостатном торможении, по циклической схеме. Это позволяет выравнивать токи в параллельных цепях якорей двигателей в случае повышения э. д. с. в одной из них.
Как же выглядит силовая схема электровоза? На рис. 48, а для примера показана несколько упрощенная схема электровоза ВЛ10 для 1-й позиции главной рукоятки контроллера машиниста. Элементы электрического оборудования, входящие в силовую схему, показаны условными графическими изображениями. Силовая схема имеет четыре горизонтальные строки. В верхних двух строках приведены элементы оборудования, относящиеся к 1-й секции кузова, в двух нижнихко 2-й секции. Силовые цепи секций I и II подключены друг к другу межкузовными соединениями (рис. 48, б).
В силовую цепь электровоза ВЛЮ (см. рис. 48, а) входят дифференциальное реле РДф, реле перегрузки РП, реле боксования (на схеме не показано), которые защищают силовую цепь в ненормальных режимах; дроссель Др и конденсатор С необходимы для защиты от радиопомех. Сведения об их устройстве и действии приведены на с. 137.
Далее ток через замкнутый контакторный элемент 3-1 группового переключателя проходит в цепь двигателей III и IV, в которую включены реле перегрузки РП2, отключатели и другие аналогичные элементы, упомянутые при описании прохождения тока в верхней строке схемы. Цепь двигателей III и IV отличается от цепи двигателей I и II лишь наличием реле давления РД1.
Во 2-ю секцию ток проходит через замкнутый контакторный элемент группового переключателя 4-0 (буква О означает, что контакторный элемент относится к групповому переключателю, общему для обеих секций кузова) и межкузовное соединение. Прохождение тока в силовой цепи 2-й секции аналогично прохождению его в 1-й. Силовая цепь замыкается на рельсы (землю), с которыми находятся в постоянном контакте колесные пары, через вторую обмотку дифференциального реле РДф и токовые обмотки двух счетчиков электрической энергии Сч. На 1-й позиции рукоятки контроллера в цепь тяговых двигателей полностью введен пусковой реостат. Цепь, по которой проходит ток на 1-й позиции рукоятки контроллера, показана на схеме жирными линиями.
Отметим особенность силовых схем электровозов ВЛ10 и ВЛ11. На 1-й позиции рукоятки контроллера (см. эис. 48) замкнуты контакты контактоhов 5-1, 6-1, 5-2, 6-2, 7-1, 8-1, 7-2, 8-2, е. включена первая ступень ослабления возбуждения тяговых двигателей (75%). Это противоречит утверждению, что ослабление возбуждения применяют только на ходовых позициях (см. с. 66), и вызвано следующим. В процессе эксплуатации первой партии электровозов ВЛ10 недопустимо нагревалась часть секций пускового реостата. Поэтому на локомотивах следующих выпусков была увеличена мощность секций, т. е. увеличено число параллельно включенных элементов. Однако возникли трудности с их размещением и пришлось уменьшить сопротивление пускового реостата на 1-й позиции. В результате ток тяговых двигателей на 1-й позиции возрос сверх допустимого по условиям плавного трогания. При этом тяговые двигатели развивали бы больший вращающий момент и большее тяговое усилие. Чтобы сохранить первоначальное значение тягового усилия при увеличившемся токе, пришлось уменьшить магнитный поток (применить ослабление возбуждения), а значит, и вращающий момент двигателей, так как при пуске э. д. с. в якорях двигателей равна нулю и уменьшение потока возбуждения не вызывает изменения тока двигателей. На 2-й позиции прекращают ослабление возбуждения и сила тяги возрастает. На 3-й позиции включается контактор 9-2 и тем самым выводится ступень пускового реостата R7-R8. При дальнейшем перемещении главной рукоятки контроллера происходит ступенчатое уменьшение сопротивления пускового реостата; полностью оно выводится на 16-й (ходовой) позиции.
При ведении поезда чаще всего используют параллельное соединение двигателей и применяют при этом ослабление возбуждения. Если ток достигнет слишком большого значения, например, на крутом подъеме, переходят на более низкую ступень ослабления возбуждения или на полное возбуждение. В том случае, когда необходимо значительно понизить скорость, машинист переводит рукоятку контроллера с 38-й на 27-ю или 16-ю ходовую позицию.
В процессе работы может произойти повреждение одного из тяговых двигателей. Чтобы в этом случае поезд мог дойти до станции, предусмотрена возможность работы электровоза с двумя отключенными двигателями. Отключают их ножами отключателей двигателей, например при повреждении двигателя 1 ножами ОД1, ОДП отключают двигатели I, II, и электровоз работает по аварийной схеме.
Для учета расхода электроэнергии установлены два счетчика. Счетчик Сч1 учитывает расход электроэнергии на тягу поезда и собственные нужды. В режиме рекуперации диск этого счетчика вращается в направлении, противоположном направлению его вращения в режиме тяги. Счетчик Сч2 предназначен только для учета рекуперируемой энергии.
Заканчивая рассказ об электровозах постоянного тока с тяговыми двигателями последовательного возбуждения, отметим, что для осуществления их пуска и регулирования частоты вращения требуется большое число индивидуальных и групповых контакторов. Например, только для получения различных соединений секций пускового реостата на электровозе ВЛ10 установлен 21 индивидуальный электропневматический контактор.
форсунок в ультразвуковых ваннах и на стендах
Дезинфицирующие средства
широкого применения для дезинфекции на объектах железнодорожного транспорта, пищевой промышленности, ЛПУ, ветеринарного надзора
Моющие средства
для железнодорожного транспорта, сертифицированные ВНИИЖТ- «Фаворит К» и «Фаворит Щ», внутренняя и наружная замывка вагонов.
Это вид электрического торможения, при котором электрическая энергия, вырабатываемая тяговыми электродвигателями, работающими в генераторном режиме, возвращается в электрическую сеть.
Устройство системы рекуперативного торможения в электромобиле
Суть в том, что электродвигатель использует динамику автомобиля для восстановления энергии, которая в противном случае терялась бы на тормозных дисках при нагревании. Этот метод торможения отличается от обычного торможения, где избыточная кинетическая энергия преобразуется в нежелательную и приводит к потере тепла за счет трения в тормозах. Помимо улучшения общих характеристик автомобиля,
рекуперативный тормоз может значительно продлить срок службы всей тормозной системы, поскольку ее части не потребляют энергию слишком быстро. При этом режим рекуперативного торможения имеет в работе и свои недостатки.
Volvo про систему рекуперативного торможения:
Применение системы рекуперации кинетической энергии обеспечивает снижение расхода топлива на 20% и сокращение вредных выбросов.
Принцип электрической системы рекуперативного торможения
ТЭД (тяговые электродвигатели) транспортного средства (жд-состава или машины) выключаются и напрямую отсоединяются от электропитания, после чего переходят в генераторный режим. Другими словами они самостоятельно вырабатывают электрическую энергию. Далее создается тормозной момент, который приводит к уменьшению скорости — рекуперация электродвигателя.
В чем причина появления тормозного момента в автомобиле? Она заключается с базовых понятиях электродинамики: во время вращения ротора в его механизме обмотки и в обмотке статора зарождаются токи противоположной направленности — при этом взаимное влияние данных токов приводит к работе остановке ротора, а именно к его торможению. При этом на создание электрической энергии уходит оставленная автомобилем кинетическая энергия, а после того как эта энергия закончилась начинается снижение скорости автомобиля.
Система рекуперативного торможения
Еще один пример — лифт. Это устройство работает путем преобразования электричества в потенциальную энергию, накопленную в поднимаемой нагрузке.
Энергия потребляется двигателем, когда сила тяги лифта преодолевает силу тяжести, действующую на поднимающуюся кабину, которая тяжелее, чем опущенный противовес. Также энергия потребляется, если привод подъема преодолевает силу гравитации, действующую на поднимаемый противовес, который весит больше, чем кабина, опускаемая вниз.
Чтобы сделать реализацию системы рекуперации энергии выгодной, ее стоимость должна быть ниже стоимости энергии, которая может быть возвращена в сеть. Этот метод внедряется в приводах лифтов, кранов, подъемников, шпинделей и станков, которые представляют высокую инерционную нагрузку.
Режим рекуперации возможен и на простых машинах с мотором внутреннего сгорания. Как говорилось выше по тексту, один из самых простых принципов сводится к запасанию энергии автомобиля во вращающемся маховом колесе, с применением данной энергии для разгона. Такая система довольно трудна в ее реализации на практике, а ее применение не дает почти никаких плюсов.
Рекуперативное торможение: недостатки
В основном недостатки имеет применение рекуперативного торможения на освоенных электровозах (электропоезда, поезда метро). Рекуперация применяется в основном для подтормаживания на спусках, что для таких типов транспорта на сегодняшний день неприемлемо.
ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ ДЛЯ РЕЖИМА ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОРМОЖЕНИЯ
На электровозах переменного тока может быть применено как: рекуперативное, так и реостатное электрическое торможение.
Рекуперативное торможение
При рекуперации на электровозах переменного тока, как и на электровозах постоянного тока, тяговые двигатели работают в генераторном режиме, преобразуя кинетическую и потенциальную энергию поезда в электрическую постоянного тока. Чтобы передать эту энергию в контактную сеть, ее необходимо преобразовать в электрическую энергию переменного тока. Этот процесс называется инвертированием. Если выпрямительную установку электровоза переменного тока собрать из тиристоров, она может быть использована и как инвертор. Инвертирование, как и выпрямление, осуществляют по различным схемам (см. рис. 62). Объясним принцип инвертирования на примере мостовой схемы (рис. 66, а).
Рис.66 Принципиальная схема инвертора
Для осуществления рекуперации тяговые двигатели переводят в генераторный режим, обеспечивая их независимое возбуждение. Одновременно изменяют полярность обмоток якорей для того, чтобы направление генерируемого тока соответствовало прямой проводимости тиристоров. Сделать это нетрудно: необходимо установить соответствующее направление тока в обмотках возбуждения ОВ. Напряжение от тяговых двигателей, работающих в генераторном режиме, подводится к инвертору, плечи которого соединены по схеме моста. В диагональ моста включена вторичная обмотка тягового трансформатора Т. Чтобы передать электрическую энергию в контактную сеть, необходимо, прежде всего, обеспечить прохождение тока двигателя, работающего в режиме генератора, через вторичную обмотку Н2-К2. Ток в ней должен быть направлен встречно по отношению к напряжению в этой обмотке. Предположим, что в первый полупериод напряжение во вторичной обмотке действует слева направо, тогда генерируемый ток должен проходить справа налево. Для этого необходимо открыть тиристоры VS2 и VS4, а в следующий полупериод — тиристоры VS1 и VS3 и т. д. Так как частота тока в контактной сети равна 50 Гц, то в течение 1 с нужно 100 раз менять направление тока в обмотке Н2-К2. Кроме того, необходимо, чтобы напряжение, наводимое в первичной обмотке трансформатора, было бы несколько выше напряжения в контактной сети. Только при этом ток из первичной обмотки трансформатора пойдет в контактную сеть. Укажем на одну очень важную особенность инвертирования. Как уже было сказано, тиристор закрыть при прохождении через него тока нельзя. Поэтому, если, допустим, были открыты тиристоры VS1 и VS3, а затем в начале следующего полупериода откроются тиристоры VS2 и VS4, то образуются две короткозамкнутые цепи: через вентили VS1, VS4 и через VS2, VS3. Произойдет так называемое опрокидывание инвертора. Не вдаваясь в физическую суть процесса, отметим лишь, что во избежание короткого замыкания необходимо подать импульс, открывающий тиристоры VS2, VS4 до момента, в который изменяющееся синусоидально напряжение во вторичной обмотке достигнет нулевого значения (рис. 66, б). Угол р, отсчитываемый от момента открытия этих тиристоров до момента, в который напряжение U2 становится равным нулю, называют углом опережения открытия вентилей. В следующий полупериод должны быть открыты с тем же углом опережения тиристоры VS1, YS3 и т. д. Преобразователи, установленные на электровозе ВЛ80р (см. рис. 65, а), являются управляемыми выпрямителями в тяговом режиме работы электровоза и инверторами в режиме рекуперативного торможения. Выпрямительно-инверторный преобразователь (ВИП) выполнен на тиристорах Т2-320 14-го и 15-го классов. Каждое из восьми плеч ВИП содержит семь параллельных ветвей с тремя последовательно соединенными тиристорами (исключение составляют 5-е и 6-е плечи, имеющие по два последовательно соединенных тиристора). Таким образом, ВИП содержит 154 силовых управляемых вентиля. ВИП рассчитан на номинальные выпрямленные ток 1760 А и напряжение 1250 В. Каждый выпрямительно-инверторный преобразователь соединен с двумя тяговыми двигателями, т. е. на электровозе ВЛ80р установлено четыре ВИП, общее число тиристоров в них равно 616. Коэффициент полезного действия ВИП 98%. В режиме рекуперативного торможения сохраняется тот же принцип четырехзонного плавного регулирования напряжения инвертора и соответственно тока и тормозного усилия, что и в режиме выпрямления. В режиме рекуперации тормозное усилие регулируется при высоких скоростях плавным изменением тока возбуждения тяговых двигателей, работающих в генераторном режиме, а при средних и малых — плавным изменением э. д. с. трансформатора, что осуществляется с помощью ВИП. Изменение тока возбуждения на высоких скоростях движения электровоза осуществляется с помощью управляемой вентильной установки возбуждения (ВУВ). Она унифицирована для электровозов ВЛ80т, ВЛ80с и ВЛ80р. Обмотки возбуждения всех двигателей электровоза при этом соединены последовательно. Эксплуатация электровозов ВЛ80р показала, что среднее количество электрической энергии, возвращаемой в контактную сеть, составляет 10—14% от расходуемой в тяговом режиме на Дальневосточной дороге и 7—10% на других дорогах.
Реостатное торможение
Реостатное торможение на электровозах переменного тока может быть осуществлено по тем же схемам, что и на электровозах постоянного тока. На электровозах серий ВЛ80т и ВЛ80с для реостатного торможения применяют схему с независимым возбуждением тяговых двигателей (рис. 67).
Рис.67. Упрощенная схема силовой цепи электровоза ВЛ80т (ВЛ80с) в режиме реостатного торможения
Обмотки якорей всех тяговых двигателей отключают от обмоток возбуждения и включают на отдельные тормозные резисторы R. Обмотки возбуждения всех тяговых двигателей электровоза соединяют последовательно и подключают к выпрямительной установке ВУВ, состоящей из двух блоков ВУВ1 и ВУВ 2. Последовательное соединение восьми обмоток возбуждения обеспечивает равенство потоков возбуждения всех тяговых двигателей, что способствует равномерному распределению нагрузок между двигателями при торможении. Выпрямленное напряжение плавно регулируется, что обеспечивается изменением момента открытия тиристоров ВУВ с помощью системы автоматики, позволяющей регулировать ток возбуждения тяговых двигателей, работающих в генераторном режиме. В зоне низких скоростей для более полного использования возможностей реостатного торможения уменьшают сопротивления тормозных резисторов, включая контакторы 1. Схема выпрямления ВУВ — двухполупериодная с нулевым выводом (см. рис. 62, а). Такая структура выпрямителя выбрана по следующим причинам. Напряжение питания обмоток возбуждения существенно ниже напряжения, необходимого для питания тяговых двигателей, и неполное использование части вторичной обмотки трансформатора мало увеличивает общий расход меди на электровозе. В связи с небольшим напряжением каждое плечо ВУВ содержит только два последовательно соединенных тиристора: к расчетному числу (в данном случае единице) прибавляют еще один вентиль для повышения надежности. Следовательно, при мостовой схеме потребовалось бы в 2 раза больше полупроводниковых приборов и вспомогательного оборудования, обеспечивающего равномерную нагрузку параллельных ветвей каждого плеча. Блок ВУВ (см. рис. 67) представляет собой одно плечо, имеющее шесть параллельных ветвей, в каждую из которых входят два последовательно соединенных тиристора ТЛ-200. Выпрямительная установка возбуждения получает питание от вторичной обмотки трансформатора с номинальным напряжением 175 В, выпрямленный ток длительного режима составляет 850 А.
Электроподвижной состав постоянного тока с машинными преобразователями.
Для осуществления рекуперативного торможения используют схемы со стабилизирующими резисторами и с возбудителями встречного смешанного возбуждения.
Схема со стабилизирующими резисторами В схеме рис. 251, а стабилизирующий резистор /?ст сопротивлением гст является общим для цепей якоря и обмотки возбуждения тягового двигателя.
Уравнение напряжения для цепи тока возбуждения в установившемся режиме
= Свп,Фа = /„ (лст + г„ + г„) + /гст,
где £„, С„, га„, Ф„ и гяв — соответственно э. д с, постоянная, частота вращения, поток и сопротивление обмотки якоря возбудителя В, I, гае — соответственно ток и сопротивление двигателя М1.
Из этого выражения следует, что
/ _ £в — 1г„ ^ Сяп„Фв — 1г„
В цепи тока якоря двигателя М1
Еа = vCaФл = ис + /(лдя + г„) + /„/•„,
откуда можно получить уравнение для скорости:
Из уравнения для /в вытекает, что при увеличении тока якоря / ток возбуждения
Рис. 251 Схемы силовых цепей при рекуперации иа электровозах постоянного тока со стабилизирующими резисторами (а) и с возбудителями встречного смешанного возбуждения (б, в, г, д)
уменьшается и наоборот. Чем больше сопротивление гст, тем резче проявляется эта зависимость и тем круче падает характеристика 1>(/), обеспечивая малую чувствительность системы к колебаниям напряжения в контактной сети При увеличении скорости движения V ток якоря / возрастает из-за увеличения э д. с. £д, а следовательно, уменьшаются ток возбуждения /„ и магнитный поток Фд. Поэтому тормозная сила В « 0,367СДФД/ будет возрастать лишь до определенного максимума, наступающего при некоторой скорости о„. В зоне скоростей выше ик тормозная характеристика оказывается механически неустойчивой
С увеличением сопротивления г„ уменьшаются величины Вт„ и ч„ Область возмож-
ного использования рекуперации ограничена минимальной скоростью:
Вид характеристики v(l) и для схемы рис. 251, а (так как Фдтах = /втах) определяется внутренними нагрузочными характеристиками СДФД(/В), реакцией якоря и насыщением возбудителя [характеристикой С„Фв(ів)], изменением частоты вращения двигателя Д возбудителя в зависимости от его нагрузки.
При рекуперации суммарная э. д. с двигателей 2£д должна быть больше напряжения сети £/с; с уменьшением скорости 2£д уменьшается. Следовательно, для расширения зоны рекуперации и снижения рт1П необходимо с понижением скорости движения поддерживать 2£д > > £/с. Это осуществляют в первую очередь, увеличивая число последовательно соединенных якорей двигателей, т. е. применяя переход с параллельного на последовательно-параллельное, а с последовательно-параллельного на последовательное соединения якорей двигателей. Жесткость характеристик увеличивается при переходе с параллельного на последовательное соединение якорей тяговых двигателей.
При использовании стабилизирующих резисторов в рекуперативном режиме необходимо иметь специальный возбудитель, мощность которого значительно превосходит мощность, необходимую непосредственно для питания обмоток возбуждения; кроме того, ограничивается область применения рекуперативного торможения и уменьшается максимальная тормозная сила. При рекуперативном торможении, например по схеме рис. 251, а, на электровозе ВЛ22М мощность, потребляемая обмотками возбуждения при токе возбуждения /„ = 200 Л, составляет 23,2 кВт. В действительности из-за наличия стабилизирующих резисторов применяют возбудитель мощностью 57 кВт, а для его привода — двигатель мощностью 67 кВт. В стабилизирующих резисторах теряется также и некоторая часть энергии, вырабатываемой двигателями в генераторном режиме, что уменьшает отдачу энергии в сеть. Поэтому на современных электровозах постоянного тока с тяговыми двигателями последовательного возбуждения применяют схемы рекуперации с возбудителями встречного смешанного возбуждения.
Схема с возбудителями встречного смешанного возбуждения. В схеме рис. 251, б применен возбудитель В с двумя обмотками возбуждения: независимой НО и встречной ВО. Через обмотку ВО протекает ток якоря тягового двигателя /. Во время рекуперации м. д с. обмоткн ВО направлена навстречу м д. с. обмоткн НО. По
мере увеличения тока рекуперации / э. д. с. £в возбудителя, а следовательно, и ток возбуждения /„ уменьшаются. При уменьшении тока / э. д. с. £в и ток /в увеличиваются. Следовательно, обмотка ВО возбудителя сглаживает толчки тока и тормозной силы при изменениях напряжения в контактной сети.
Форма рекуперативных характеристик при возбудителе встречного смешанного возбуждения будет иной, чем в схеме с возбудителем независимого возбуждения и стабилизирующими резисторами. Тре-бумая крутизна характеристик рекуперативного торможения по схеме рис. 251, б достигается изменением соотношения м. д. с. обмоток возбуждения возбудителя при заданном токе /нв. Чем больше
Отношение /И’воАкв^’но. тем больше ВЛИЯет
ток в якоре на э. д. с. возбудителя £в и тем круче характеристики и(/). Однако одновременно уменьшается максимальное значение тормозного усилия Втах.
В схемах со стабилизирующими резисторами в каждой параллельной цепи токи возбуждения определяются только токами якорной цепи. Поэтому, возможно, н отклонения токов в цепи якорей будут частично компенсированы отклонениями токов возбуждения. При одном возбудителе встречного смешанного возбуждения на локомотивах с двумя и большим числом параллельных цепей тяговых двигателей не может быть обеспечено удовлетворительное распределение токов по этим цепям. Неравномерность токов в параллельных цепях можно ограничить, если для каждой цепи установить свой возбудитель, э: д. с. которого уменьшалась бы только при увеличении тока в цепи своих якорей. Однако иметь на электровозе большое число возбудителей (например, на электровозах ВЛ8, ВЛ10У и ВЛ10 по четыре) нежелательно. Поэтому на э. п. с. постоянного тока с числом параллельных цепей двигателей две и больше применяют один или два возбудителя встречного смешанного возбуждения, а для выравнивания токов в параллельных цепях — схемы с циклической стабилизацией, включая в каждую параллельную цепь якорей уравнительные резисторы Яу (рис. 251,
Эти недостатки затрудняют применение рекуперативного торможения даже на освоенных электровозах, хотя рекуперация на них применяется в основном для подтормаживания на спусках. Для электропоездов (кроме ЭР22, ЭР2Р, ЭР2Т, ЭР22М н ЭР22В) и особенно для поездов метрополитена такие схемы рекуперации вообще неприемлемы. Использование в качестве возбудителей статических преобразователей позволяет значительно улучшить технико-экономические показатели рекуперативного торможения в результате резкого улучшения динамических характеристик; обеспечения выравнивания нагрузок тяговых машин путем индивидуального регулирования токов возбуждения групп тяговых двигателей, вследствие чего увеличивается возврат в контактную сеть электроэнергии; повышения к. п д. устройств возбуждения; увеличения надежности возбудителей и систем рекуперативного торможения в целом.
Известно большое число статических преобразователей импульсных без звена постоянного тока и инверторных со звеном переменного тока. Опыт использования этих преобразователей на электровозах ВЛ10, ВЛ12, ВЛ11-295, ВЛ15,
электропоезде ЭР22В-556 и вагонах метрополитена 81-714 и Е показал, что наиболее пригодны для этой цели преобразователи, выполненные по схеме рис. 252, а, где обратные диоды ]/О01 и УО02 подключены к отпайке первичной обмотки ннверторного трансформатора ИТ1 и используется колебательный контур в коммутирующей цепи. Звено переменного тока позволяет сравнительно просто получить требуемое число выводов с любым постоянным напряжением. Таким образом, можно иметь только один преобразователь и применять для регулирования напряжения на нагрузке устройство фазового регулирования напряжения. В режимах, для которых характерно широкое изменение нагрузки, лучшими технико-экономическнмн показателями обладает преобразователь с колебательным контуром £КСК (рис. 253, а). По конструкции он проще трансформатора ИТ1 и коммутирующего реактора £к (см. рис. 252, а), обеспечивает лучшие условия работы тиристоров, обладает более высоким коэффициентом полезного действия при широком диапазоне изменении нагрузки.
Одним из основных параметров, определяющих устойчивую работу инвертора,
Рис. 253. Схема преобразователя с использованием колебательного контура в коммутирующей
цепи (а) и кривые I ( и ( 2 трансформатора приложенные к тиристорам прямое и обратное напряжения выше расчетного напряжения питания, что учитывают прн выборе тиристоров.
Рис. 254. Упрощенная схема силовой цепи рекуперативно-реостатного торможения (а) и кривые изменения тока /т якоря и тормозной силы Вк при снижении скорости движения V и плавном автоматическом регулировании замедления (б)
буждением двигателей М1—М4. При этом вначале включается контактор Т, в результате чего совмещаются кратковременно рекуперативное и реостатное торможения, затем выключается линейный контактор ЛК и собирается цепь реостатного торможения с независимым возбуждением двигателей. Начинает вращаться вал реостатного контроллера РК, и цепь обмоток возбуждения двигателей контакторами подключается к тормозному резистору гт. При этом параллельно СП будет включен резистор гш, через который проходит часть тормозного тока. Если падение напряжения на резисторе гш равно падению напряжения в обмотках возбуждения двигателей, то СП отключается контактором КВ и осуществляется переход на последовательное возбуждение двигателей (зона ///). В зоне /// снижение скорости движения v осуществляется постепенным выведением ступеней тормозного резистора гт контакторами РК контроллера (кривые 3 и 3′).
Для полной остановки поезда (зона IV) применяют механическое торможение (сила Вкм), действующее совместно с реостатным (сила Вкэ). При этом уменьшается сила Вкэ, нарастает сила Вкм, но сохраняется примерно постоянное значение Вкз + Вкк. Переключение с одного вида торможения на другой осуществляется с помощью электронных реле: включения рекуперации РВР, максимального напряжения РМН, ограничения напряже-
ния КОН, самовозбуждения PCB, срабатывания реле РМН1, элемента И, которые срабатывают под воздействием соответствующих датчиков напряжения и тока (ДБН, ДНС, ДНК, ДТЯ, ДТВ).
Э. п. с. переменного тока с двигателями пульсирующего тока. В режиме рекуперативного торможения такие тяговые двигатели, как и на э. п. с. постоянного тока, работают генераторами постоянного тока. Для того чтобы их энергию передать в контактную сеть, необходимо постоянный ток преобразовать в переменный, т. е. осуществить инвертирование. Для работы инверторов э. п. с. необходима реактивная энергия, которая отбирается от первичной системы электроснабжения, что загружает тяговую сеть и вызывает дополнительные потери энергии. Прн одинаковых прочих условиях потребление реактивной энергии в процессе рекуперации в 2,5 раза больше, чем в тяговом режиме. Поэтому часть энергии, рекуперируемой электровозом нлн электропоездом, идет на возмещение дополнительных потерь, что несколько снижает технико-экономическую эффективность рекуперации. Реализуемый коэффициент мощности рекуперирующим электровозом обычно составляет 0,45— 0,55. Инвертирование тока осуществляется тиристорными преобразователями (на электровозах ВЛ80Р, ВЛ85), которые при тяговом режиме работают выпрямителями (подробно см. § 103 и рис. 265).
