книги из ГПНТБ / Дьяченко, В. Г. Работа силовой цепи и системы возбуждения тепловоза 2ТЭ10Л с жесткой динамической характеристикой
.pdf
С С С Р — М П С
КАЗАХСКАЯ ОРДЕНА ЛЕНИНА ЖЕЛЕЗНАЯ ДОРОГА
В. Г. ДЬЯЧЕНКО
РАБОТА СИЛОВОЙ ЦЕЛИ И СИСТЕМЫ ВОЗБУЖДЕНИЯ ТЕПЛОВОЗА 2ТЭ10Л С ЖЕСТКОЙ ДИНАМИЧЕСКОЙ ХАРАКТЕРИСТИКОЙ
Алма-Ата, 1974
|
|
i |
ГOC, tT G' |
1Л |
■] |
|
|
г |
научно-"; •; . .t- |
-.ная |
i |
|
|
j |
библио, сна |
.up |
|
|
|
f |
ЭКЗЕМПЛЯР |
{ |
|
A |
t |
ЧИТАЛЬНОГО ЗАЛА |
|||
|
|
|
|
||
|
|
P |
f - 3 $ 0 |
3 % |
|
РЕГУЛИРОВАНИЕ СКОРОСТИ ВРАЩЕНИЯ ТЭД И СКОРОСТИ ДВИЖЕНИЯ ТЕПЛОВОЗА
На тепловозах, как известно, первичным источником энер гии является двигатель внутреннего сгорания, который на за данной рабочей позиции обладает вполне определенной (жест кой) мощностью. Поэтому, на тепловозах с электрической пе редачей должно поддерживаться постоянство заданной мощ ности в системе генератор-двигатель (имеется в виду главный генератор — тяговый электродвигатель тепловоза).
Для примера рассмотрим работу силовой цепи тепловоза 2ТЭ10Л на XV позиции контроллера машиниста.
Мощность главного генератора определяется из формулы 1:
P«=J«-U2 |
1 |
и г= С ,(-Фг-пг 2 |
где: U г— напряжение |
ГГ, величина его определяется из |
|
формулы 2. На заданной позиции обороты коленчатого вала дизеля постоянны (с допускаемым отклонением 5—10 об/мин) поэтому напряжение ГГ можно регулировать только магнит ным потоком при помощи системы возбуждения возбудителя и ГГ.
JK—величина тока нагрузки силовой цепи, она зависит от работы потребителей, т. е. тяговых электродвигателей и оп ределяется по формуле 3.
J(_LL=E«£ з Е„р= С 1(.Фа.па 4
1СЦ
где: гсц — омическое сопротивление силовой цепи, его вели чина постоянна, если не учитывать изменений от нагревания, и очень мала 0,04 ом.
U г — напряжение ГГ — оно, как уже было сказано, зави сит от магнитного потока.
Егр — противо ЭДС, создаваемая электродвигателем и она как бы является основным сопротивлением для тока силовой цепи. Величина противо ЭДС определяется по формуле 4.
где: Фа — магнитный поток электродвигателя, создаваемый
2—632 |
3 |
сериесной обмоткой возбуждения, его величина, конечно, зави сит от тока нагрузки.
п а — скорость вращения якоря электродвигателя, она про порциональна скорости движения тепловоза. Изменение ско рости движения тепловоза во всех случаях определяется соот ношением силы тяги тепловоза F,. и силы сопротивления дви жению поезда W.
Если FK>W — скорость увеличивается, т. е. поезд движет ся с ускорением.
FK= W — скорость не изменяется, т. е. поезд движется с равновесной скоростью.
FK'< W — скорость уменьшается, т. е. поезд движется с за медлением. Таким образом, изменение профиля пути (спуск, площадка, подъем) влияют на скорость движения, следова тельно и «а скорость вращения якоря ТЭД. При движении по езда на подъем (если FK<W ) скорость вращения якоря ТЭД уменьшается, значит уменьшается противо ЭДС, что вызывает
увеличение тока нагрузки и увеличение |
магнитного |
потока |
|
ТЭД, |
т. е. увеличится вращающий |
момент, |
т. к. |
М |
Сж Фд • 1Й;, а значит увеличится сила тяги |
теплово |
|
за. Это уменьшение скорости движения тепловоза будет про исходить до тех порпока увеличивающаяся сила тяги FK не выравняется с силой сопротивления движению поезда W.
Таким образом, сериесный электродвигатель автоматиче ски регулирует силу тяги в соответствии с изменением скоро сти движения, а мощность его остается постоянной и опреде ляется по формуле 5 или формуле 6.
м |
F* • V |
л. с. |
Pa= J.aJ £ a квт 6 |
N= |
270 |
||
|
|
1000 |
т. к. при уменьшении скорости уменьшается противо ЭДС, зна чит уменьшается падение напряжения U а в обмотке якоря ТЭД, а ток нагрузки J tt увеличится, одновременно при увели чении тока нагрузки система возбуждения ГГ уменьшит маг нитный поток Фг,значит, уменьшится напряжение ГГ и на пряжение, подводимое к ТЭД. Такая зависимость напряжения ГГ от тока нагрузки с сохранением постоянства мощности гра фически выражается гиперболой.
Аналогичная зависимость обеспечивается при увеличении скорости движения, но при этом противо ЭДС увеличивается, ток нагрузки уменьшается, а напряжение генератора увеличи вается, и в какой-то момент может наступить ограничение мощ ности ГГ по напряжению, т. к. ток нагрузки уменьшается, а напряжение ГГ не увеличивается, это наступает при скорости 50—55 км/час. Поэтому, несколько раньше, при скорости 41— 44 км/час включается РП-1, ВШ-1 и обмотка возбуждения
ТЭД шунтируется сопротивлением, тем самым магнитный по ток уменьшается до 60%, следовательно, уменьшается противо ЭДС, ток нагрузки увеличится, а система возбуждения умень шит напряжение ГГ, т. е. работа генератора сместится из верх ней части гиперболы, где большая величина напряжения, в нижнюю часть гиперболы, где напряжение значительно мень ше. Мощность генератора осталась прежней, но создались условия для увеличения напряжения генератора, а значит и скорости движения тепловоза, с использованием полной мощ ности дизель-генераторной установки, т. к. скорость вращения ТЭД определяется из формулы 7.
Ut> Ja'^a 7
П<3~ С -Фя Конечно, увеличение скорости возможно только при условии
наличия F к >W, но при увеличении скорости движения сила тяги уменьшается.
В момент перехода с полного поля ТЭД на ослабленное по ле первой ступени, скорость движения и сила тяги не изменя ются, т. е. мощности генератора и электродвигателей остаются постоянными, но создается возможность использовать гипер болическую часть характеристики генератора повторно при той же электрической характеристике и тех же габаритах ге нератора. Аналогичные условия дальнейшего увеличения ско рости создаются при включении РП-2, ВШ-2 при скорости 55— 60 км/час, ослабляя магнитное поле ТЭД до 37%•
При движении на подъем (FK<W ) скорость уменьшается, уменьшается противо ЭДС, ток нагрузки увеличивается, а на пряжение генератора уменьшается и в какой-то момент может наступить ограничение мощности генератора по току нагрузки, поэтому несколько раньше, чем наступит ограничение, при ско рости 47—49 км/час, выключается РП-2, ВШ-2 и магнитный поток ТЭД увеличится с 37% до 60%, следовательно, при той же скорости ступенью увеличится противо ЭДС, ток нагрузки уменьшится, напряжение увеличится и работа ГГ переместится из нижней части характеристики в верхнюю часть, где ток на грузки значительно меньше, следовательно, создались условия для увеличения тока нагрузки, силы тяги тепловоза по гипер боле, т. е. с использованием полной мощности дизель-генера торной установки. Аналогичные условия увеличения силы тяги создаются выключением РП-1, ВШ-1 при скорости 30— 33 км/час увеличивая магнитный поток ТЭД с 60% до 100%.
На основании изложенного, можно сделать выводы:
1. Регулирование работы силовой цепи тепловоза начина ется и определяется работой ТЭД — скоростью вращения яко ря (скоростью движения тепловоза) — плавное регулирование
противо ЭДС, что .приводит к изменению тока нагрузки, а че рез систему возбуждения изменяется обратно пропорциональ но напряжение ГГ, поддерживая постоянство мощности гене ратора ,на всех допустимых режимах скоростей.
2. Переходы ослабления или увеличения магнитного поля ТЭД не изменяют мощности ГГ, ТЭД и тепловоза, а создают условия увеличения скорости тепловоза (напряжения ГГ) или силы тяги тепловоза (тока нагрузки), т. е. дают возможность использования постоянной полной мощности дизель-генератор- ной установки на более высоких скоростях от 50 до 90 км/час.
РАБОТА СИСТЕМЫ ВОЗБУЖДЕНИЯ ВОЗБУДИТЕЛЯ
ИГЛАВНОГО ГЕНЕРАТОРА ТЕПЛОВОЗА
СЖЕСТКОЙ ДИНАМИЧЕСКОЙ ХАРАКТЕРИСТИКОЙ
На тепловозах 2ТЭ10Л для создания внешней характери стики главного генератора гиперболической формы в рабочей зоне ограничения тока и напряжения главного генератора при меняется система регулирования возбуждения возбудителя, действие которой основывается на работе магнитных усилите лей: трансформаторов .постоянного тока, трансформатора на пряжения, амплистата и, в некотором роде, индуктивного датчика.
Разберем принцип действия магнитного усилителя
Если катушку включить в цепь переменного тока, то она будет обладать тремя видами сопротивлений:
1. га — активное сопротивление, величина его определяет
ся по формуле га= р |
- |
|
О |
где р — удельное сопротивление материала, из которого из готовлен проводник.
1— длина проводника.
S — площадь поперечного сечения проводника.
Хс — емкостное сопротивление, величина которого опреде
ляется по формуле Хс= ^ |
|
2 |
||
где Q — угловая частота переменного тока, |
||||
с — емкость потребителя переменного тока. |
величина его |
|||
X i — индуктивное сопротивление катушки, |
||||
определяется по формуле |
X,=Q-L |
3 |
||
где L — индуктивность катушки, величина его определяет- |
||||
, |
т |
0,4-jtw 2-S |
4 |
|
ся по формуле L= p — |
— |
|||
6
'где |х — средняя относительная магнитная проницаемость материала сердечника.
w — число витков катушки.
S — площадь .поперечного сечения сердечника. 1— средняя длина сердечника.
Объединив постоянные величины w2, 1, 0,4я в общий коэф
фициент Ki, получим выражение L = K rp .'S |
5 |
Подставим в формулу 3 выражение 5, получим: X / = £2- Ki • ц- S
при постоянной угловой скорости (при постоянной частоте) переменного тока можно заменить Q-Ki общим коэффициен
том К, тогда получим выражение: X, = K-|.i-S |
6 |
т. е. из формулы б видно, что индуктивное сопротивление ка-
Рис 1 Зависимость изменения магнитной проницаемости сердечника от
изменения напряженности магнитного поля.
7
тушки может изменяться пропорционально относительной маг нитной проницаемости и площади Поперечного сечения сер дечника.
Общее сопротивление катушки определяется по формуле:
R = / r„ + ( x r - x c) 2
величина хс для катушки очень мала, поэтому его значением / можно принебречь, тогда для наших условий: R = i/raa-f-x/a Величина га для катушки остается постоянной, поэтому общее сопротивление может изменяться только от изменениях Х,‘ которое в свою очередь, как видно из формулы 6, зависит от относительной магнитной проницаемости и поперечного сече ния сердечника.
Если рассмотреть изменение величины индуктивного со противления с изменением площади поперечного сечения сер дечника, то ясно, что индуктивное сопротивление катушки без
стального сердечника будет очень мало (близкое к 0), |
следо |
|
вательно, величина тока будет максимальной, т. к. |
|
|
, |
U |
8 |
"£„+R
и при R—»0 J„= —£—
Если в катушку поместим сердечник, то появится значи тельная величина индуктивного сопротивления, которая будет определяться, в основном, сечением сердечника, т. е. чем боль ше площадь поперечного сечения сердечника, тем больше ин
дуктивное сопротивление (см. |
формулу 6), |
а ток нагрузки |
уменьшится, т. к. J H= D ^ р (величина R увеличивается). |
||
К «~Г К |
от величины |
относительной |
Рассмотрим зависимость X, |
||
магнитной проницаемости. Из электротехники известно, что ве личина магнитной проницаемости р изменяется обратно про порционально величине магнитной напряженности поля в сер дечнике, т. е. при увеличении напряженности поля Н величина относительной магнитной проницаемости р уменьшится (см.
рис. 2).
Например: если Н = 1 ед, тогда р =5,5 ед. если Н= 6 ед, тогда р = 1,5 ед.
Величину напряженности поля можно регулировать сечени ем сердечника или подмагничиваением сердечника другим ис точником магнитного поля, дополнительной обмоткой, под ключенной к источнику постоянного тока (управляющая об мотка). Естественно что напряженность магнитного поля в сердечнике на рис. 1а и 16 будет больше, чем в сердечнике на рис. 1в и 1с. Значит, относительная магнитная проницаемость
8
Рис. 2 Зависимость индуктивного сопротивления катушки от
сечения сердечника
сердечников на рис 1а и Ьб значительно меньше, чем сердеч ников на рис. 1в и 1г, следовательно, индуктивное сопротивле ние катушек на prffc. la и 16 меньше, чем в катушках на рис, 1 в и 1г. Но плавно изменять площадь поперечного сечения сердечников технически очень сложно. Поэтому в практичес кой электротехнике используется способ регулирования на пряженности магнитного поля в сердечнике с постоянным се чением изменением подмагничивания сердечника управляю щей обмоткой, питаемой от источника постоянного тока
(см. рис. 3).
При увеличении тока в управляющей обмотке ОУ увели чивается напряженность магнитного поля в сердечнике, зна чит, относительная магнитная проницаемость уменьшится, ин дуктивное и общее сопротивление рабочей обмотки уменьшит ся, следовательно, ток нагрузки, протекающий по рабочей обмотке, увеличится.
Отношение-^- называют коэффициентом усиления по току
^оу
9