3. Принципы построения и основные характеристки электрических передач локомотивов

На локомотивах применяют следующие виды электрических передач: постоянного тока; переменно-постоянного тока; переменного тока.

3.1. Передачи постоянного тока

В качестве основных элементов электрические передачи постоянного тока содержат тяговые генераторы постоянного тока с независимым возбуждением и тяговые электродвигатели постоянного тока с последовательным возбуждением (рис. 3.1.)

В 1970-80-х г.г. электрические передачи постоянного тока имели наибольшее распространение благодаря своим достоинствам:

- простота автоматизации процессов регулирования и управления;

- свобода компоновки оборудования, отсутствие кинематической связи между коленчатым валом дизеля и осями колесных пар;

- высокий КПД передачи, высокая степень использования мощности дизеля;

- достаточно высокая надежность.

К недостаткам передач постоянного тока следует отнести следующие:

- главный - ограничение мощности тягового генератора по коммутации (Р_{г макс} = 2,42,710³ кВт);

- ограничение по скорости вращения якоря тягового генератора, которое определяется границей устойчивости щеточного контакта при больших окружных скоростях коллектора и прочностью элементов конструкции якоря (ω_{г макс} = 16,518,5 с^-1 );

- ограничение по максимальному напряжению тягового генератора (U_{г макс} = 750900 В);

- наличие коллектора и щеточного аппарата отрицательно сказывается на надежности передачи;

- тяговые электродвигатели имеют крайне ограниченные габаритные размеры и работают в исключительно тяжелых эксплуатационных условиях (большие динамические нагрузки, загрязненность, резкие колебания температуры и др.);

- большой расход цветных металлов, высокая стоимость, большие габаритные размеры.

При максимально возможной скорости вращения якорей тяговых электродвигателей 38 ÷ 40 с^-1 максимальная мощность тяговых электродвигателей ограничена величиной 415 ÷ 435 кВт, что при 6-тиосном экипаже соответствует мощности тепловоза 2940 кВт (4000 л.с.).

Для сравнения тяговых электрических машин постоянного тока применяют показатель удельного использования материалов и удельный массовый показатель δ.

δ = G / P_ном (3.1.)

В течение длительного времени развитие передач постоянного тока шло по пути совершенствования тяговых электрических машин, увеличения их мощности и надежности при снижении удельных масс, габаритных размеров и стоимости. За счет применения современных электротехнических материалов показатель δ для тяговых генераторов постоянного тока может быть снижен в пределе до 2 кг/кВт, а для тяговых электродвигателей – до 3 кг/кВт. Параметры применяемых в настоящее время на тепловозах с электрической передачей постоянного тока тяговых электрических машин близки к предельным как по использованию электрических и магнитных свойств, так и по условиям коммутации.

Таблица 3.1.

Основные показатели тяговых электрических машин постоянного тока,

применяемых на тепловозах

Тип тяговой электрической машины	Серия тепловоза	Мощность, кВт	КПД, %	Масса, кг	δ, кг/кВт
Т я г о в ы е г е н е р а т о р ы
ГП300БУ	ТЭМ2, ТЭМ3	780	94,5	4800	6,2
ГП312У	М62	1270	94,5	7400	5,8
ГП311ВУ	ТЭП60	2000	94,5	9000	4,5
ГП311БУ	ТЭ10	2000	94,5	8700	4,35
Т я г о в ы е э л е к т р о д в и г а т е л и
ЭДТ200Б	ТЭ3, ТЭМ1	206	91,0	3300	15,5
ЭД108АУ1	ТЭП60	305	91,5	3350	11,0
ЭД118А	ТЭ10, М62, ТЭ116, ТЭМ2	305	91,5	3100	10,2
ЭД120АУ1	ТЭМ7	411	91,1	3000	7,3
ЭД121АУ1	ТЭП70	413	91,8	2950	7,1