Електропоїзди постійного струму (стр. 10 из 14)

Відключення електричного гальмування на низьких швидкостях (при самозбудженні) також починається з розмикання контактора Ш (в цій ситуації блок САУТ не бере участь). В ланцюг якорів вводиться резистор R23, рівний 4 Ом, що значно зменшує гальмівний струм. Потім із затримкою розмикаються силові контактори. Така послідовність відключення полегшує дугогашіння при спрацьовуванні контакторів Т і ЛКТ.

Відзначимо, що було б бажано для зупинки потягу використовувати один вид електричного гальмування, наприклад, реостатне гальмування з самозбудженням. Проте, як наголошувалося, цикл гальмування розбивається на декілька етапів, перш за все тому, що віддається перевага рекуперації, що дозволяє повертати електроенергію в контактну сіть. Тому на великій швидкості електропоїзда, коли сумарна едс генераторів перевищує напругу контактної сіті, для гальмування застосовують рекуперацію.

Тяговий двигун з послідовним збудженням не можна перевести в режим рекуперації безпосередньо, оскільки неможливо минути проміжний момент холостого ходу, необхідний для переводу електричної машини з тягового режиму в генераторний. Тому обмотки збудження тягових двигунів від'єднують від якорів і підключають до тиристорного моста VS1...VS6 (збудника). Трифазний тиристорний міст одержує живлення від синхронного генератора, який використовується, крім того, для живлення власних потреб електропоїзда. Таким чином, в початковій фазі електричного гальмування тягові двигуни послідовного збудження стають генераторами з незалежним збудженням.

Область застосування рекуперації має нижню межу: вона обмежується мінімальною швидкістю 50...45 км/ч, відповідній насиченню тягових двигунів і потужності джерела струму (синхронного генератора). Використовування рекуперативного гальмування визначається також можливістю споживання електроенергії контактної сіті іншим електрорухомим складом. Зона рекуперації значно розширяється при використовуванні тягових двигунів, розрахованих на глибоке ослаблення збудження (до 18%). При цьому для підвищення комутаційної стійкості і надійної роботи апарату щіткового колектора напругу на тягових двигунах обмежують до 750 В. З урахуванням напруги контактної сіті 3000В це зумовлює постійне послідовне з'єднання чотирьох тягових двигунів.

Як наголошувалося, збір схеми електричного гальмування починається з включення лінійних контакторів ЛК і ЛКТ, контакторів збудження ОВ і КВ. Оскільки обмотки збудження тягових двигунів живляться від стороннього (незалежного) джерела струму, реверсувати їх немає необхідності і в даній схемі реверсори залишаються в тому ж положенні, що і в режимі тяги. Якщо починати гальмування з режиму самозбудження, подібного уникнути не вдасться, щоб согласувати напрям залишкового магнітного потоку з напрямом генераторного струму.

Основна трудність використовування двох видів електричного гальмування - рекуперативного і реостатного - полягає в тому, що при відносно великих уповільненнях необхідно перейти з одного виду гальмування на інший без розриву струму ланцюга двигунів і при мінімальному зниженні гальмівної сили. Для цього у момент переходу паралельно тиристорному мосту VS1...VS6 під'єднують шунтуючі резистори R24, R11 ...R15 (див. рис. 6.7), через які протікає частина гальмівного струму. Якщо падіння напруги на них буде рівне падінню напруги на обмотках збудження тягових двигунів, то перехід на самозбудження і відключення контура незалежного збудження контакторами ОВ і KB відбудеться без кидків струму і гальмівної сили. Шунтуючі резистори R24, R11...R15 залишаються введеними в ланцюг гальмівного струму при самозбудженні.

Реостатне гальмування з самозбудженням починається із зниженої швидкості потягу, без попереднього самозбудження. Це дозволяє використовувати одні і ті ж пускогальмівні резистори як в тязі, так при гальмуванні. Застосувати реостатне гальмування до повної зупинки потягу неможливо, оскільки при малій частоті обертання якорів тягових двигунів різко зменшуються їх едс, струм і гальмівний момент. Тому для догальмування потягу застосовують електропневматичні гальма.

Необхідно відзначити, що при реостатному гальмуванні з незалежним збудженням, коли струм якорів не потрапляє в контактну сіть ( контур його протікання замикається усередині моторного вагона), тягові двигуни працюють більш задовільно. В режимі рекуперації при взаємодії з контактною сіттю тягові двигуни опиняються в найбільш важких умовах: спостерігаються почорніння колекторів, спрацьовування захисту і др, проте, при рекуперації гальмівний ефект виявляється дещо вище, ніж при реостатному гальмуванні, хоча і в тому і в іншому випадках струм якорів однаковий.

Таким чином, система гальмування електропоїзда передбачає автоматичне управління гальмівними процесами і перехід з рекуперативного гальмування на реостатне з самозбудженням при мінімально допустимій швидкості руху електропоїзда. Крім того, можливо автоматичне заміщення рекуперативного гальмування на реостатне з самозбудженням при мінімально допустимій швидкості руху електропоїзда. Крім того, можливо автоматичне заміщення рекуперативного гальмування реостатним (з незалежним збудженням) при недостатньому споживанні енергії в контактній сіті, а при відмові електричного гальма —заміна його електропневматичним гальмуванням.

Силова схема, що забезпечує роботу в даних режимах, виявляється найбільш простою при постійному послідовному з'єднанні тягових двигунів, підключених до загальних резисторів. Всі двигуни однаково навантажені, не дивлячись на відмінності їх характеристик. Недолік послідовного з'єднання двигунів - схильність до юза колісних пар.

7. Математичне моделювання

7.1 Статичні характеристики двигуна з послідовним збудженням

Рисунок 7.1 – Схема двигуна постійного струму з послідовним збудженням (а) та з’єднання обмоток узагальненої машини для отримання моделі (б)

При прийнятій апроксимації кривої намагнічування (рис. 7.2) механічна:

, (7.1)

та електромеханічна:

, (7.2)

характеристики при різних струмах якоря мають різні вирази. При

= const ці рівняння перетворюються до виду

; (7.3)

. (7.4)

При

= const і ті ж рівняння записуються так:

; (7.5)

. (7.6)

Рисунок 7.2 – Характеристика намагнічування

Рівняння (7.3) та (7.4) свідчать про те, що в області навантаження, меншого номінального, статичні характеристики двигуна послідовного збудження мають гіперболічний характер і при

та асимптотично наближуються до вісі координат. Ця форма характеристики визначається умовами електричної рівноваги машини: при ідеальному холостому ході ( ) е.р.с. двигуна повинна урівноважувати прикладену до якірного кола напругу . Так при пострум також прямує до нуля, виконання умови

можливе тільки при необмеженому зростанні швидкості. На справі швидкість ідеального холостого ходу двигуна з послідовним збудженням завдяки наявності залишкового потоку

обмежена значенням . Однак поток настільки малий, та значення набагато перевищує допустиме для двигуна за умовами механічної тривкості. Тому при проектуванні та експлуатації електроприводів з двигунами послідовного збудження необхідно виключити можливість їх роботи з малими навантаженнями, при яких швидкість двигуна може перевищити допустиму за умовами механічної тривкості.

При

магнітне коло машини насичується і при прийнятому припущенні =const. В цій області характеристики двигуна практично лінійні, подібно аналогічним характеристикам двигуна з незалежним збудженням.

Природні характеристики двигуна з послідовним збудженням показані на рис. 7.3, а, б. Сильний позитивний зв’язок за струмом, який створюється послідовною обмоткою збудження двигуна, практично ліквідує вплив розмагнічуючої дії реакції якоря та призводить в області допустимого перевантаження до зростання потоку більше номінального значення на 10 – 15 %. Тому при цьому коефіцієнті допустимого перевантаження за струмом

= 2 – 2,5 перевантажувальна спроможність за моментом у двигунів з послідовним збудженням вище, ніж при незалежному збудженні, і лежить в межах = 2,5 – 3.