Федеральное Агентство Железнодорожного Транспорта

Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Петербургский Государственный Университет Путей Сообщения

Кафедра "Электрическая тяга"

РЕОСТАТНОЕ ТОРМОЖЕНИЕ СКОРОСТНЫХ

ПАССАЖИРСКИХ ЭЛЕКТРОВОЗОВ

ПОСТОЯННОГО ТОКА

Методические указания к лабораторной работе № 69

для студентов дневного, вечернего и заочного обучения

Санкт-Петербург

2011

Цель работы – ознакомление с принципами реализации реостатного торможения на ЭПС постоянного тока и изучение тормозных характеристик.

1. Общие сведения о реостатном торможении пассажирских электровозов.

С ростом скоростей движения пассажирских поездов резко увеличивается тормозной путь, а следовательно, возрастают требования, предъявляемые к тормозам. Пассажирские поезда имеют сравнительно небольшую массу от 500 до 1400 т, в которой масса локомотива составляет 13…30%, поэтому доля тормозной силы пассажирского электровоза существенна.

Традиционный колодочный пневматический тормоз имеет следующие недостатки:

– большие потери металла, связанные с износом тормозных колодок и бандажей;

– загрязнение верхнего строения пути и оборудование электровоза металлической пылью;

– неустойчивую тормозную характеристику вследствие снижения коэффициента трения при увеличении скорости;

– высокую тепловую напряженность бандажей колесных пар.

Применение реостатного торможения на пассажирских электровозах позволяет снять с колес тепловую нагрузку, снизить потери металла, повысить безопасность движения за счет повышения эффективности торможения. Однако оснащение подвижного состава реостатным тормозом приводит к усложнению оборудования и повышению стоимости электровоза в целом.

2. Принцип действия реостатного тормоза.

Реостатное торможение основано на преобразовании кинетической и потенциальной энергии движущегося поезда в электрическую, а затем в тепловую. С этой целью тяговые электродвигатели электровоза переводятся в генераторный режим. Вырабатываемая ими электрическая энергия гасится в тормозных сопротивлениях. На рис.1 приведена упрощенная принципиальная схема силовой цепи электровоза ЧС2^Т в режиме реостатного торможения.

Аналогичные системы торможения имеют электровозы ЧС200, ЧС6, ЧС7. Якорь каждого тягового электродвигателя соединен с отдельным тормозным резистором, величина которого в процессе торможения не изменяется. Шесть обмоток возбуждения соединены последовательно и питаются от тиристорно-импульсного преобразователя (ТИП), который предназначен для плавного регулирования тока возбуждения. Тиристорно-импульсный преобразователь подключается к аккумуляторной батарее электровоза через диод VD1. После возбуждения тяговых машин питание ТИП переводится на секцию тормозного резистора через диод VD2 или VD3.

Рис.1

Если электровоз движется со скоростью V и по обмоткам возбуждения тяговых двигателей протекает ток I_в, создающий магнитный поток главных полюсов Ф, то в обмотках якоря будет наводиться ЭДС

Е = СvФV,

(1)

где С_v – конструкционная постоянная тягового электродвигателя.

После подключения к обмотке якоря тормозного резистора по цепи якоря потечет ток, т.е. тяговый двигатель будет работать как генератор. Уравнение равновесия напряжения в контуре реостатного торможения в этом случае имеет вид:

СvФV = Iя(rя + rт),

(2)

где I_я – ток якоря тягового электродвигателя;

r_я – сопротивление обмотки якоря;

r_т – сопротивление тормозного резистора.

В этом случае тормозная сила электровоза будет равна

Вт = NдСvФIя,

(3)

где N_д – количество тяговых двигателей на электровозе.

Для построения тормозных характеристик электровоза (рис.2) заменим в формуле (3) величину I_я из выражения (2):

.

(4)

Э то соотношение показывает, что при постоянном магнитном потоке, а значит, и при постоянном токе возбуждения тормозная сила линейно зависит от скорости.

На практике при больших значениях тока якоря наблюдается некоторая нелинейность этих характеристик вследствие размагничивающего действия реакции якоря.

Угол наклона характеристик к оси V определяется величиной тока возбуждения и сопротивлением тормозного резистора. Прямая I_в max на рис.2 соответствует максимально допустимому току возбуждения по условию нагревания обмоток главных полюсов и представляет собой ограничение тормозных характеристик по току возбуждения. Если же из уравнения (3) исключить величину С_vФ, выразив ее через I_я, получится соотношение:

(5)

Числитель этого выражения представляет собой мощность реостатного тормоза.

Из формулы (5) следует, что если в процессе торможения по мере уменьшения скорости поддерживать постоянным ток якоря, не изменяя при этом величину сопротивления тормозного резистора, то тормозная сила будет изменяться по гиперболической зависимости. Линия I_я max на рис.2 соответствует поддержанию тока якоря на максимальном уровне и представляет собой ограничение тормозных характеристик по току якоря. Кроме ограничений по току якоря и току возбуждения тормозные характеристики имеют ограничения по сцеплению (В_сц); по максимально допустимой скорости движения (V_max); по минимальной скорости (V_min), выше которой реостатный тормоз может эффективно работать.

Для реализации максимально возможной тормозной силы при изменении скорости от V_max до V_min необходимо в зоне высоких скоростей поддерживать постоянным ток якоря, в зоне низких скоростей – ток возбуждения, а в зоне средних скоростей поддерживать постоянство тормозной силы (рис.3).

При этом мощность тормоза в зоне высоких скоростей постоянна, в зоне средних скоростей зависит от скорости линейно, а в зоне низких скоростей изменяется по параболе.