лекции по ЭПЛ / 5 раздел / 5 раздел

5. Электрическое торможение

5.1. Назначение электрического торможения (ЭТ)

(электродинамическое)

Тепловозы с электропередачей позволяют применять ЭТ. При этом ТЭД переводятся в генераторный режим работы, а полученная при торможении энергия рассеивается в виде тепла в тормозных резисторах и частично используется для привода вспомогательных механизмов (вентиляторов охлаждения самих резисторов).

ЭТ имеет следующие преимущества:

1. ЭТ позволяет увеличить скорость движения на уклоне, т.е. обеспечить более экономное ведение поезда, т.е. увеличить V_ср по спуску, а следовательно – пропускную способность.

Рис. 5.1. Изменение скорости движения тепловоза при ПТ и ЭТ

2. Улучшается продольная динамика поезда.

3. Улучшается температурный режим ТЭД. Он становится более равномерным, т.к. двигатель оказывается под током, как на подъеме, так и на спуске.

4. Минимальное использование пневматических тормозов (ПТ), что снижает износ тормозных колодок тепловоза и вагонов (след. меньший простой при смене колодок, меньшие затраты на колодки, расходы по замене колодок и т.д.).

5. Повышается безопасность движения поезда (ПТ+ЭТ).

6. Реализуются более высокие тормозные усилия, которые ограничены по условиям сцепления колес с рельсом, ввиду лучших противоюзных свойств.

7. Плавность торможения, быстрота действия, возможность регулирования тормозного усилия и его независимость от действия окружающей среды.

Но как и всякая другая система ЭТ имеет и недостатки:

– ЭТ не исключает пневматического тормоза и использует его в качестве резервного. Следовательно ЭТ – это дополнительное оборудование (тормозные резисторы с устройством вентиляции, коммутационная и регулировочная аппаратура), усложняющие конструкцию тепловоза.

– ЭТ неэффективен при низких скоростях и торможение до полной остановки требует включения ПТ.

Применение ЭТ предусматривается на всех отечественных перспективных магистральных тепловозах.

Общие требования к ЭТ:

1. Эффективное действие в рабочем диапазоне скоростей;

2. Гибкость и автоматичность управления по заданным характеристикам;

3. Минимальный расход топлива дизелем при торможении;

4. Малое время подготовки к ЭТ;

5. Устойчивость режимов торможения;

6. Минимальное усложнение конструкции ЭП и ее стоимость;

7. Высокая надежность работы.

5.2. Способы регулирования тормозного усилия (В_т)

При ЭТ ТЭД отключается от генератора, обмотки якорей их подключаются к тормозным резисторам, а обмотки возбуждения – к источнику питания (тяговому генератору), т.е. при ЭТ ТЭД имеет независимое возбуждение.

Рис. 5.2. Принципиальная схема включения ТЭД в тормозном режиме

В общем случае тормозное усилие () можно регулировать:

1. – Изменением магнитного потока ТЭД (регулиров. напряжения);

2. – Изменением величины (этот способ значительно усложняет схему, поэтому практически не применяется (исп. на ТЭМ2).

Тормозное усилие в основном регулируются , которое осуществляется:

– изменением частоты вращения дизеля ();

– изменением силы тока возбуждения возбудителя (при неизменной рукоятке КМ).

Тормозные характеристики тепловоза – это зависимость .

ТЭД в тормозном режиме имеет ряд ограничений, которыми определяются пределы регулирования тормозных усилий. Это:

1. Длительный ток якоря ТЭД (тормозной ток). Величина этого тока ограничена нагревом тормозных резисторов и якоря двигателя;

2. Длительный ток возбудителя ТЭД;

3. Минимальная реактивная ЭДС ТЭД. Это ограничение может быть выражено в виде max допустимой величины произведения тока якоря на частоту вращения ТЭД ();

4. Ограничение по сцеплению. Оно не является постоянным, а может изменяться в зависимости от состояния рельсового пути и погодных условий;

5. Ограничение по конструкционной скорости.

Рис. 5.3. Область тормозных режимов ТЭД

На рис. 5.3. изображены предельные характеристики при постоянном сопротивлении .

– гипербола, соответствующая величине мощности на выводах ТЭД.

– прямая линия из начала координат, т.к. при изменяется пропорционально скорости движения.

Тормозной момент на валу ТЭД:

(5.1)

где – констр. постоянная машины.

(5.2)

где – постоянный коэффициент, зависящий от типа машины.

Противо – ЭДС двигателя гасится за счет падения напряжения на тормозных резисторах и обмотках якорной цепи.

(5.3)

где – тормозной ток, А;

– сопротивление тормозного резистора и обмоток двигателя, включенных в цепь тормозного тока.

Из уравнения (5.3)

или (5.4)

Тогда уравнение тормозного момента можно написать в виде:

или (5.5;5.6)

.

Таким образом, при неизменном токе возбуждения и магнитный поток есть величина постоянная, причем max значение ограничено нагревом главных полюсов.

– уравнение прямой линии, проходящей через начало координат, угол зависит от . Частота расположения прямых при увеличении возрастает из-за насыщения магнитной цепи.

При постоянном тормозном токе обратнопропорционален частоте его вращения, следовательно – гипербола. Уменьшение тока увеличивает в квадратной зависимости частоту расположения гиперболы.

5.3. Характеристики электрического тормоза

Чтобы получить тормозную характеристику тепловоза, т.е. зависимость тормозной силы на ободе движущихся колес от скорости движения воспользуемся следующими соотношениями:

(5.7)

где – передаточное отношение тягового редуктора;

– число ТЭД на тепловозе;

– диаметр колес;

– КПД тягового редуктора.

Подставив в (5.7) значение из (5.5) и 5.6) получим:

(5.8)

(5.9)

При работе по предельным характеристикам ЭТ действует с наибольшей эффективностью. Но при ведении поезда часто бывает необходимым ведение ЭТ в частичных режимах. Для этих целей служат регулировочные характеристики, вид которой зависит от того, какой параметр ЭТ выбран в качестве регулируемого.

Каждая зависимость соответствует постоянному значению регулируемого параметра.

При остановочном торможении наиболее удобны характеристики постоянства тормозного усилия . С их помощью машинист может задавать величину замедления поезда независимо от скорости.

Для характеристики и величины существенно меняются с изменением , что не удобно.

Рис. 5.4. Регулировочные тормозные характеристики

При подтормаживании на спусках важно обеспечить устойчивое поддержание скорости поезда. Поддержание постоянной скорости на спусках переменного профиля требует вмешательства машиниста и в случае и (тем более ).

В последнее время появились САР скорости. Скорость на спуске

Рис. 5.5. Тормозные характеристики ЭТ автоматическим поддержанием скорости

задается при помощи рукоятки управления, а автоматически устанавливается от величины уклона.

Рис. 5.6. Принципиальная схема ЭТ с узлом автоматического поддержания заданной скорости поезда на спуске

Цепи якорей последовательно включенных ТЭД присоединяют к отдельному нерегулируемому тормозному резистору . Обмотки возбуждения соединены между собой последовательно и получают питание от ТГ, который работает в зоне больших токов и малых напряжений (т.е. в неустойчивой зоне, следовательно, тормозные характеристики могут быть нестабильными). Поэтому пусковая обмотка ТГ используется как противокомпаундная, следовательно результирующая М.Д.С. ТГ определяется двумя встречно-направленными М.Д.С., на которые остаточный магнетизм влияет гораздо меньше.

М.Д.С. регулировочной обмотки возбудителя РР-Р определяется алгебраической суммой напряжений и тахогенератора . устанавливается машинистом в зависимости от требуемой скорости.

При езде с заданной скоростью , по регулировочной обмотке не протекает ток, а М.Д.С. независимой и параллельной обмоток действуют согласно.

Если скорость увеличится, то > , и по РР-Р пойдет ток, М.Д.С. действует согласно с М.Д.С. Ш и Н обмоток (следовательно увеличится) до тех пор, пока не станет равно .

Если скорость уменьшится, то и уменьшится, т.к. в регулировочной обмотке (при > ) М.Д.С. направлена встречно.