6.4. Содержание отчета

1. Перечень преимуществ реостатного тормоза перед механическим.

2. Описание особенностей схем реостатного тормоза с последовательным и независимым возбуждением.

3. Электрическая схема лабораторного стенда для исследования работы реостатного тормоза.

4. Результаты испытания реостатного тормоза (см. табл. 6.1).

5. Диаграммы изменения напряжения и тока тягового двигателя M1 в режиме реостатного торможения.

6. Вывод об эффективности применения реостатного тормоза на электроподвижном составе.

6.5. Контрольные вопросы

1. Какой вид возбуждения ТЭД наиболее подходит для реализации режима электрического торможения и почему?

2. Что понимается под электрической устойчивостью процесса реостатного торможения?

3. Какими способами можно регулировать тормозную силу в системе реостатного тормоза с последовательным возбуждением (самовозбуждением)?

4. Какими способами можно регулировать тормозную силу в системе реостатного тормоза с независимым возбуждением?

5. Как можно повысить эффективность реостатного тормоза с независимым возбуждением в зоне низких скоростей?

Лабораторная работа 7

СИСТЕМЫ РЕКУПЕРАТИВНОГО ТОРМОЖЕНИЯ

ЭЛЕКТРОВОЗОВ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Цель работы: изучить схемы систем рекуперативного торможения электровозов постоянного тока.

7.1. Общие сведения

Системы электрического торможения в последние десятилетия являются неотъемлемой частью современного электроподвижного состава, их преиму­щества перед механическими колодочными тормозами очевидны: более эффективное управление процессом торможения, экономия материала тормозных колодок, улучшение экологической обстановки. Использование систем рекуперативного торможения дает еще одно существенное преимущество – экономию электрической энергии. При этом ЭДС тяговых двигателей, работающих в генераторном режиме, направлена противоположно напряжению в контактной сети, которое выступает в качестве нагрузки. Возвращенная в сеть электрическая энергия может быть использована на тягу другими поездами, движущимися по данной фидерной зоне.

Применительно к одному тяговому двигателю ток рекуперации

, (7.1)

где – ЭДС тягового двигателя;

U_д– питающее напряжение, подводимое к тяговому двигателю;

– суммарное сопротивление цепи ТЭД.

Для реализации режима рекуперативного торможения требуется особый вид внешних характеристик ТЭД, обеспечивающих их устойчивую совместную работу с питающей сетью. Рассмотрим взаимодействие машины постоянного тока, находящейся в режиме генератора, и питающей сети, используя рис. 7.1,

на котором приведены три внеш­ние характеристики тяго­вых двигателейE_д(I) с различ­ными способами возбуждения: ПВ – последовательным, НВ – независимым и ПРВ – противо­возбуждением. Напряжение наг­рузкиU_нскладывается из нап­ряженияU_д, подводимого к двигателю, и падения напряжения в цепи якоря.

Условием электрической устойчивости совместной работы ТЭД в режиме генератора и питающей сети является неравенство [2]:

. (7.2)

Из анализа кривых (см. рис. 7.1) видно, что при последовательном воз­буждении ТЭД устойчивая работа невозможна, поскольку условие (7.2) не выполняется. При независимом возбуждении и противовозбуждении условие устойчивости (7.2) выполняется и отдача электрической энергии в сеть возможна. Причем противовозбуждение обеспечивает более устойчивый процесс рекуперации, чем независимое возбуждение, поэтому данный вид возбуждения ТЭД, как правило, применяется на ЭПС в режиме рекуперативного торможения.

На ЭПС постоянного тока противовозбуждение может быть достигнуто следующими путями: использованием в цепи ТЭД стабилизирующих резисторов (электровоз ВЛ22М); применением специальных обмоток противовозбуждения возбудителя (электровозы ВЛ8, ВЛ10, ВЛ11, ВЛ15); регулированием тока возбуждения по соответствующему закону в зависимости от величины тока якоря (электровозы 2ЭС4К, 2ЭС6).

Рассмотрим схему рекуперативного торможения с противозбуждением возбудителя (рис. 7.2). Питание обмоток возбуждения тягового двигателя М1 осуществляется от генератора-возбудителя G, приводимого во вращение мотором М2. ГенераторGимеет две об­мотки возбуждения: независимого (НВВ) и противовозбуждения (ПВВ). Обе обмотки расположены на полюсах возбудителя таким образом, что создаваемые ими магнитные потоки направлены встречно, а результирующий поток

, (7.3)

где Ф_НВВ, Ф_ПВВ– магнитные потоки, создаваемые обмотками независимого возбуждения и противовозбуждения возбудителя.

Через обмотку ПВВ протекает ток якоря тягового двигателя, а обмотка НВВ включена в цепь управления электровоза. Регулирование тормозной силы ТЭД осуществляется резистором R_упр, которым можно изменять ток обмотки НВВ. При этом изменяются магнитный поток Ф_НВВи ЭДС возбудителя Е_в, а это в свою очередь ведет к изменению тока возбужденияI_в, ЭДС тягового двигателя Е_ди в конечном итоге – тока рекуперацииI_р.

Схема (см. рис. 7.2) позволяет поддерживать заданный ток рекуперации на постоянном уровне за счет влияния его на ток возбуждения. Так, например,

повышение тока рекуперации приводит к увеличению магнитного потока Ф_ПВВ и согласно формуле (7.3) снижает результирующий магнитный поток возбудителя Ф_рез, вследствие чего уменьшаются ЭДС возбудителя Е_в и ток возбуждения тягового двигателя I_в. В результате ток рекуперации снижается до значения, при котором система возвращается в равновесное состояние. Аналогичным образом в схеме осуществляется стабилизация заданного значения тока рекуперации при его случайном возрастании.

В реальности на ЭПС постоянного тока применяется последовательное соединение нескольких тяговых двигателей, причем их число изменяется в соответствии с применяемыми группировками ТЭД. С учетом этого ток рекуперации вычисляется по формуле:

, (7.4)

где р – число последовательно соединенных тяговых двигателей;

U_с– напряжение в контактной сети.

Групповое соединение усложняет работу тяговых двигателей в режиме рекуперации, появляется проблема выравнивания их нагрузок. С целью решения названной проблемы на электровозах постоянного тока применяется специальная схема с циклической стабилизацией (рис. 7.3), в которой осуществляется электромагнитное выравнивание нагрузок параллельных цепей уравнительным то­ком, протекающим по обмоткам возбуждения.

Рис. 7.3. Схема противовозбуждения возбудителя

с циклической стабилизацией

Возбудитель Gимеет обмотку независимого возбуждения НВВ и две обмотки противовозбуждения ПВВ. В цепи якорей тяговых двигателей введены выравнивающие резисторыR1 иR2. Средние точки между обмотками возбуждения присоединены к точкам А и Б между якорями и выравнивающими резисторами. При равенстве ЭДС и токов параллельных цепей двигателей потенциалы в точках А и Б одинаковы и присоединение к ним средних точек между обмотками возбуждения не влияет на возбуждение двигателей.

Рассмотрим работу схемы при отклонениях нагрузок тяговых двигателей от заданного значения вследствие расхождения внешних характеристик двигателей. Допустим, что сумма ЭДС двигателей М3 и М4 выше, чем соответствующая сумма ЭДС двигателей М1 и М2. При этом нарушается равенство потенциалов в точках А и Б и в цепях возникает уравнительный ток ΔI, который будет протекать в обмотках возбуждения двигателейM3 иM4 встречно, а двигателейM1 и М2 – согласно с основным током возбужденияI_в, создаваемым возбудителем. Следовательно, уравнительный ток ΔIбудет уменьшать магнитный поток группы двигателей М3 и М4 с большим значением ЭДС и увеличивать его для двигателей М1 и М2 с меньшим значением ЭДС. При этом возникновение уравнительного тока в обмотках возбуждения между точками А и Б возможно только при наличии выравнивающих резисторовR1 иR2. При их отсутствии потенциалы в точках А и Б оказались бы одинаковыми и уравнительный ток был бы равен нулю.

Схема с циклической стабилизацией применяется на магистральных электровозах постоянного тока ВЛ8, ВЛ10, ВЛ11, ВЛ15.

Следует отметить, что эффективность рекуперативного тормоза на каждом из соединений ТЭД ограничена некоторым минимальным значением скорости движения, при которой обеспечивается неравенство pE_д>U_с. Так, для электровоза ВЛ10 такая минимальная скорость составляет для параллельного соединения 52 км/ч, последовательно-параллельного – 26 км/ч, последовательного – 13 км/ч. При этих значениях скорости ток возбуждения достигает своего максимального значения.