Способы управления электроприводом электровозов

Электропривод электровозов работает в различных режи­мах (двигательном или тормозном), обеспечивая разгон, тор­можение и движение электропоезда с установившейся скоростью. Для выполнения этих операций необходимо изменять форму механических или электромеханических характеристик, с тем чтобы изменять тяговое усилие и частоту вращения электродви­гателя и чтобы последний работал на искусственных характе­ристиках. Искусственные характеристики могут быть получены изменением подводимого к якорю электродвигателя напряже­ния, введением в цепь якоря добавочного резистора, последова­тельным и параллельным соединением тяговых электродвига­телей и импульсным регулированием.

Наиболее широко в тяговом электроприводе распространен метод регулирования скорости введением в цепь его якоря добавочного резистора. При таком методе регулирования скоро­сти для обеспечения плавного разгона с постоянным ускорением используется большое число ступеней пускового резистора. Это увеличивает габариты установки и снижает надежность элек­тропривода. Снижение числа ступеней пускового резистора мо­жет быть обеспечено изменением схемы соединения тяговых электродвигателей. В начале разгона тяговые электродвигатели включаются последовательно, что уменьшает напряжение, под­водимое к якорю каждого двигателя, в 2 раза при двухдвигательном электроприводе, а разгон до половинной скорости осу­ществляется пусковыми резисторами. Дальнейший разгон электродвигателей до максимальной частоты вращения осущест­вляется теми же пусковыми резисторами, но уже при парал­лельном соединении электродвигателей, т. е. при полном напряжении сети. Такой переход схемы соединения тяговых двигателей с последовательного на параллельный в период пуска электровоза не только повышает плавность разгона при ограниченном числе ступеней пускового резистора, но и улуч­шает энергетические показатели электропривода.

Рассмотрим сначала пуск тяговых электродвигателей, вклю­ченных параллельно, т. е. на полное напряжение сети. В этом случае в начале пуска (при t=0) мощность, потребляемая из сети, идет на нагрев пускового резистора и обмоток якорей электродвигателей:

Мощности, соответствующие этому моменту времени, пред­ставлены на рис. 5.6, а отрезками 0В, АВ и ОА. Так как на­пряжение сети и пусковой ток на период пуска приняты посто­янными, то отрезок ВС

изображает зависимость электрической мощности, потребляемой из сети, от времени Pc = f(t). После окончания пуска (t = tn) пусковой резистор отключен (Rп = 0) и мощность, потребляемая из сети, равна мощности, идущей на создание электромагнитного момента электродвигателя, и мощ­ности потерь в цепи якоря электродвигателя.

Электромагнитная мощность электродвигателя пропорцио­нальна частоте вращения, поэтому закон изменения ее во вре­мени может быть получен соединением точки О и F прямой ли­нией. Если из электромагнитной мощности вычесть механиче­ские потери, то получим закон изменения полезной мощности на валу электродвигателя.

Можно показать, что в период пуска тяговых электродвигателей приблизительно 50 % электрической энергии, потребляемой ими из сети, идет на потери энергии в пусковом резисторе (площадь ABC).

При последовательном соединении тяговых электродвигате­лей в начальный момент пуска через каждый двигатель проте­кает пусковой ток Iп, а к якорям каждого двигателя приклады­вается половинное напряжение сети. Следовательно, потребляе­мая из сети мощность будет в 2 раза меньше, чем при параллельном соединении якорей электродвигателей. Эта мощ­ность выражается отрезком 0В (см. рис. 5.6, б). Зная потери в якорях электродвигателей 2r_яI_п откладываем на оси ординат отрезок ОА, равный этим потерям. После окончания пуска, т. е. через время t=tn, тяговые электродвигатели будут работать с полным напряжением и потребляемая ими мощность будет равна 2UI_п, что соответствует отрезку GE. Откладывая из точки Е электрические потери в тяговых электродвигателях, находим точку F и, соединяя ее с точкой О, определяем закон изменения электромагнитной мощности в период пуска. В интервале вре­мени t=t1 электродвигатели соединены последовательно, а уве­личение скорости обеспечивается уменьшением сопротивления пускового резистора до нуля. В точке С происходит переключе­ние электродвигателей с последовательного на параллельное соединение с одновременным введением пускового резистора. Потребляемая мощность электродвигателями увеличивается до значения 2UI_п и сохраняется такой до завершения пуска, когда пусковой резистор полностью выведен (Rп=0). Потери энергии при пуске в этом случае определяются площадями ABC и CDE, т. е. потери энергии уменьшаются и составляют приблизительно 33 % энергии, подведенной к тяговым электродвигателям. Та­ким образом, применение перегруппировки тяговых электродви­гателей, помимо экономии электроэнергии при пусках, позво­ляет получить пониженные скорости движения с высоким к. п. д.

Для снижения скорости движения электровоза перед криво­линейными участками пути, стрелками, крестовинами и перед остановкой, а также для поддержания ее постоянной при дви­жении вниз по уклону применяется электрическое торможение. Из известных режимов электрического торможения наибольшее применение в электровозном транспорте нашел способ электро­динамического торможения с Самовозбуждением, называемый еще ,резисторным. Для реализации этого режима электродви­гатели должны быть отключены от сети, а их якори включены на добавочный резистор. На рис. 5.7 показаны принципиальные схемы перехода из тягового режима в режим электродинамического торможения с самовозбуждением с одним тяговым элек­тродвигателем. Вначале электродвигатель работает в тяговом режиме, которому соответствует схема на рис. 5.7, а. Затем тяговый электродвигатель отключается от сети и его якорь за­мыкается на добавочный резистор Rт. Якорь электродвигателя продолжает вращаться по инерции, и э. д. с., создаваемая в нем остаточным магнитным потоком, сохраняет свое направление, что и в тяговом режиме. Поэтому, чтобы сохранить прежнее на­правление тока в обмотке возбуждения электродвигателя при переходе в режим электродинамического торможения, необхо­димо переключить либо концы катушек главных полюсов (рис. 5.7, б), либо концы обмоток якоря (рис. 5.7, в). Если та­ких переключений не сделать, то ток, создаваемый остаточной э. д. с., изменит свое направление и, протекая через обмотку возбуждения, размагнитит магнитные полюса. Электродвига­тель становится неуправляемым, так как тормозной момент не создается.

На рис. 5.8, а показана электрическая схема электровоза с двухдвигательным электроприводом. При переходе в режим динамического торможения собирается схема с перекрестно-пет­левым их соединением (см. рис. 5.8, б). При такой схеме пере­ключения ток I1 якоря первого электродвигателя Ml проходит через обмотку возбуждения LM2 второго электродвигателя М2, а ток якоря I2 второго электродвигателя — через обмотку воз­буждения LM1 первого электродвигателя Ml и обеспечивает надлежащее намагничивание обмоток возбуждения без их пе­реключения и равенство тормозных моментов М1 и М2.

Бесступенчатое регулирование частоты вращения тяговых электродвигателей шахтных электровозов может быть осущест­влено импульсным методом. Сущность этого метода заключа­ется в поочередном включении или отключении тягового электродвигателя от источника напряжения или периодическом подключении или отключении резистора в якорной цепи двига­теля. В первом случае при подключении двигателя к источнику питания он развивает силу тяги больше силы сопротивления и поэтому ускоряется, а в период отключения замедляется, так как сила тяги уменьшается. Величина средней скорости движе­ния электровоза при этом будет зависеть от продолжительности ускоренного и замедленного движений. Поэтому частоту враще­ния тягового двигателя можно регулировать соответствующим изменением соотношения между длительностями ускоренного и замедленного движений. На рис. приведена схема электропривода с импульсным регулированием напряжения. В данной схеме VS1 — основной тиристор в цепи якоря тягового электродвигателя; VS2 — вспо­могательный тиристор в цепи коммутации; VD1 — диод в цепи резонансного контура коммутации, предназначенный для коле­бательного перезаряда конденсатора; L и С — индуктивность и емкость колебательного контура коммутации; VD2 — диод, шунтирующий якорь тягового электродвигателя и его обмотку возбуждения LM.

Регулирование угловой скорости тягового двигателя по этой схеме производится следующим образом. Вначале тиристоры VS1 и VS2 закрыты, а конденсатор С не заряжен. При вклю­чении привода начальный отпирающий импульс от устройства управления подается на управляющий электрод вспомогатель­ного тиристора VS2, при открывании которого происходит за­ряд коммутирующего конденсатора С до напряжения источ­ника питания. Верхняя обкладка конденсатора приобретает положительный потенциал, и после заряда конденсатора ток прекращается. Затем поочередно от системы управления по­даются отпирающие импульсы на тиристоры VS1 и VS2. При подаче отпирающего импульса на управляющий электрод ос­новного тиристора VS1 последний откроется и подключит якоря тягового двигателя на полное напряжение источника питания. Ток через тиристор VS1 и якорь двигателя М проходит до тех пор, пока на управляющий электрод вспомогательного тири­стора VS2 не поступит отпирающий импульс от управляющего устройства. Одновременно с током якоря протекает ток пере­заряда конденсатора по цепи, образованной конденсатором С, индуктивностью L и диодом VD1. По окончании процесса пере­зарядки конденсатор С получает положительный потенциал на нижней его обкладке. При открывании вспомогательного тири­стора VS2 ток разряда конденсатора становится равным теку­щему значению тока нагрузки и к основному тиристору VS1 прикладывается обратное напряжение, вызывающее его запи­рание. Верхняя обкладка конденсатора вновь приобретает по­ложительный потенциал. В период запертого состояния основ­ного тиристора VS1 ток в якорной цепи тягового двигателя под действием э. д. с. самоиндукции протекает через шунтирующий диод VD2.

Дата добавления: 2015-06-30; просмотров: 501; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!