1.1. Общие сведения

Как известно, скорость движения электрического подвижного состава постоянного тока, приведенная к одному тяговому электродвигателю (ТЭД), определяется по выражению:

, (1.1)

где U_д – напряжение на зажимах силовой цепи, в которую включен тяговый двигатель, В;

I_я – ток якоря тягового двигателя, А;

r_д – сопротивление обмоток тягового двигателя, Ом;

R_п – сопротивление пускового реостата, Ом;

с_v – конструктивная постоянная,;

Ф – магнитный поток возбуждения тягового двигателя, Вб.

Из выражения (1.1) следует, что существуют три параметра, от которых зависит скорость движения электровоза или моторного вагона, а именно: U_д, R_п и Ф, поэтому способы регулирования скорости движения ЭПС постоянного тока основываются на изменении

• напряжения, подводимого к ТЭД;

• сопротивления цепи, в которую включен тяговый двигатель;

• возбуждения ТЭД.

Причем, строго говоря, второй способ регулирования является разновидностью первого, так как изменение сопротивления пускового реостата приводит к перераспределению падения напряжения на элементах силовой цепи и, как следствие, – к изменению напряжения на зажимах ТЭД. Перечисленные способы регулирования скорости движения ЭПС постоянного тока сочетаются друг с другом и реализуются различными техническими решениями при ступенчатом и плавном способах регулировании.

Особенностью ЭПС постоянного тока является групповое соединение тяговых двигателей, подключаемых непосредственно к контактной сети. При этом напряжение U_д обратно пропорционально числу последовательно включенных тяговых двигателей:

, (1.2)

где U_к.с – напряжение контактной сети, В;

р – число последовательно включенных тяговых двигателей.

На ЭПС постоянного тока со ступенчатым регулированием, как правило, используется несколько групповых соединений ТЭД: последовательное (сериесное), последовательно-параллельное (сериес-параллельное), параллельное, а перегруппировка является основным способом изменения напряжения на зажимах тяговых электрических двигателей.

Известны следующие методы перегруппировки тяго­вых двигателей:

• шунтирование части двигателей резистором (метод шунтирования);

• короткое замыкание части двигателей (метод короткого замыкания);

• вентильная коммутация тока переключаемых ТЭД (вентильный метод);

• перегруппировка по схеме «моста» (мостовой метод).

Все методы перегруппировки тяговых двигателей должны отвечать требованиям, связанным с обеспечением безопасности движения, а именно: в процессе перегруппировки не должны создаваться «ненормальные» контуры для протекания тока, следствием которых может явиться режим короткого замыкания и, кроме того, изменение силы тяги электровоза должно быть наименьшим. Перечисленные методы перегруп­пировки ТЭД в различной мере выполняют последнее требование, что и обусловливает их экономичность и перспективы использования на ЭПС.

Рассмотрим особенности различных методов перегруппировки тяговых двигателей.

Метод шунтирования применяется на электровозах ВЛ10 при переходе с сериес-параллельного (СП) соединения на параллельное (П). Упрощенные схемы перегруппировки ТЭД методом шунтирования представлены на рис. 1.1. На последней позиции сериес-параллельного соединения пусковой реостат полностью выведен из цепи тяговых двигателей (рис. 1.1, а). Перегруппировка тяговых двигателей проходит в несколько этапов. На первом этапе в цепь ТЭД вводится часть пусковых резисторов R_п для ограничения возможных бросков тока (рис. 1.1, б). На втором этапе параллельно переключаемой группе тяговых двигателей (М3, М4) включается шунтирующий резистор R_ш (рис. 1.1, в). На третьем этапе переключаемая группа двигателей отключается от питания и в работе остаются только двигатели М1, М2 (рис. 1.1, г). На четвертом, заключительном, этапе переключаемая группа двигателей (М3, М4) подключается к сети (рис. 1.1, д). Переход на параллельное соединение завершается выводом из цепи двигателей М1, М2 шунтирующего резистора (рис. 1.1, е).

а б в г д е

Рис. 1.1. Упрощенные схемы перегруппировки ТЭД методом шунтирования

Метод короткого замыкания применяется на электровозах ВЛ10 при переходе с сериесного (С) соединения на сериес-параллельное. Упрощенные схемы перегруппировки методом короткого замыкания представлены на рис. 1.2. На последней позиции сериесного соединения пусковой реостат полностью выведен из цепи тяговых двигателей (рис. 1.2, а). На первом этапе перегруппировки в цепь ТЭД вводится часть пусковых резисторов R_п для ограничения возможных бросков тока (рис. 1.2, б). На втором этапе цепь переключаемой группы тяговых двигателей (М5 – М8) замыкается накоротко (рис. 1.2, в). Данный этап при неблагоприятных условиях может сопровождаться возникновением в переключаемой группе ТЭД генераторного тока и вследствие этого – резкими изменениями усилий в тяговой передаче, что может явиться причиной ее механических повреждений. На электровозах ВЛ10 с целью исключения появления генераторного тока при перегруппировке в цепи переключаемой группы ТЭД остается включенной часть пускового реостата. На третьем этапе переключаемая группа двигателей отключается от питания (рис. 1.2, г). Процесс перегруппировки завершается подключением к сети переключаемой группы ТЭД параллельно двигателям М1 – М4 (рис. 1.2, д).

а б в г д

Рис. 1.2. Упрощенные схемы перегруппировки ТЭД

методом короткого замыкания

Вентильный метод применяется на электровозах ВЛ11, ВЛ15, ВЛ10К, ЭП2К, 2ЭС4К и 2ЭС6. Упрощенные схемы перегруппировки вентильным методом представлены на рис. 1.3. На последней позиции сериес-параллельного соединения пусковой реостат полностью выведен, а в цепи тяговых двигателей находится переходный вентиль (диод VD), замкнутый накоротко контактором КМ (рис. 1.3, а). На первом этапе перегруппировки (рис. 1.3, б) контакты контактора КМ размыкаются и в цепь тяговых двигателей включается диод VD, через который протекает силовой ток. Затем в цепь ТЭД вводится часть пусковых резисторов R_п для ограничения возможных бросков тока (рис. 1.3, в). На третьем этапе в схеме происходит переключение питания двигателей М3, М4 (рис. 1.3, г). При этом диод VD обеспечивает разделение тока по параллельным ветвям М1, М2 и М3, М4. Переход завершается выключением из цепи диода VD (рис. 1.3, д).

а б в г д

Рис. 1.3. Упрощенные схемы перегруппировки ТЭД вентильным методом

Мостовой метод применяется на отечественных электропоездах ЭР2, ЭД2Т, а также на пассажирских электровозах постоянного тока ЧС2, ЧС2Т, ЧС7. Упрощенные схемы перегруппировки ТЭД мостовым методом представлены на рис. 1.4. На последней позиции сериесного соединения пусковые реостаты обеих групп тяговых двигателей полностью выведены реостаными контакторами, мостовой контактор КМ разомкнут (рис. 1.4, а). На первом этапе перегруппировки включается мостовой контактор КМ, через который начинает протекать силовой ток (рис. 1.4, б). На втором этапе разрывается цепь между группами пусковых реостатов и отключаются реостатные контакторы (рис. 1.4, в). Ток продолжает протекать через мостовой контактор КМ. На третьем этапе секции пусковых реоста­тов R_п включаются параллельно группам тяговых двигателей (рис. 1.4, г). При этом цепи тяговых двигателей и пусковых реостатов связаны мостовым контактором КМ, через который может протекать уравнительный ток, значение и направление которого зависят от соотношения сопротивлений этих цепей. При отключении мостового контактора осуществляется переход на параллельное соединение с полностью введенными пусковыми реостатами (рис. 1.4, д).

а б в г д

Рис. 1.4. Упрощенные схемы перегруппировки ТЭД мостовым методом