Формирование характеристики тягового генератора
Селективная характеристика. Характеристика генератора А’Б’Г’Д’ (рис. 87), определяемая работой системы автоматического регулирования возбуждения без электрической связи с объединенным регулятором дизеля (отключена регулировочная обмотка амплистата), называется селективной. Формирует ее селективный узел, который производит выбор (селекцию) сигналов обратной связи по току и напряжению — пропускает в управляющую обмотку амплистата ток ТПТ при ограничении тока, сумму токов ТПТ и ТПН при поддержании постоянной мощности и ток ТПН при ограничении максимального напряжения.
Рис. 87. Внешняя и селективная характеристики тягового генератора: 1-селективная характеристика при минимальной уставке (регулировочная обмотка отключена); 11-внешняя характеристика; 11/-селективная характеристика при максимальной уставке
Уровень селективной характеристики задается током уставки (током подмагничивания) в задающей обмотке, определенным для каждой позиции контроллера. Поэтому формирование характеристики и работа селективного узла аналогичны для ^сех позиций и рассматриваются для номинального режима на 15-й позиции контроллера машиниста.
При регулировании тока, мощности и напряжения рабочая точка амплистата, характеризующая намагниченность сердечника и ток выхода, перемещается вдоль крутой части характеристики амплистата от точки А до Д (рис. 88). В пределах этой области кривой магнитодвижущие силы задающей и управляющей обмоток изменяются незначительно, а ток выхода амплистата — от мини-. мального до максимального значения. Очевидно, что чем круче будет идти кривая, тем меньше требуется изменение магнитодвижущей силы для получения тех же значений тока выхода амплистата.
При подаче напряжения на задающую и рабочие обмотки амплистата выходной ток амплистата будет максимальным. В этом случае рабочая точка Е находится в области насыщения сердечника амплистата.
Получают питание обмотки возбуждения возбудителя и тягового генератора. Происходит быстрое увеличение тока в цепи тяговых электродвигателей, так как якоря их в первоначальный момент неподвижны, а сопротивление обмоток очень мало. Одновременно из-за сильного подмагничивания сердечников ток ТПТ 1А (см. рис. 86) быстро увеличивается и становится значительно больше, чем ток ТПН (£„). Ток £д разветвляется: часть его £*бт протекает по балластному резистору СБТТ, другая часть £я-через выпрямитель В5, резистор СОУ проходит в управляющую обмотку ОУ амплистата, создавая на этом участке падение напряжения £/вг.
Ток от ТПН, протекая по резистору СБТН, создает на нем падение напряжения. Так как ток £6н мал (в первоначальный момент напряжение тягового генератора небольшое), то падение напряжения на СБТН меньше того, которое создано на обмотке управления и резисторе СОУ током £я. Поэтому потенциал в точке в значительно выше, чем в точке а, и диод В7 будет заперт. Таким образом, при больших токах тяговых электродвигателей ток от ТПН не проходит в управляющую обмотку амплистата. По мере роста тока тяговых электродвигателей ток в управляющей обмотке возрастает и результирующая магнитодвижущая сила Б2, равная разности магнитодвижущих сил, создаваемых задающей и управляющей обмотками, уменьшается. Дальнейшее возрастание тока тяговых электродвигателей приводит к тому, что магнитодвижущая сила управляющей обмотки превысит на некоторое значение магнитодвижущую силу уставки, и рабочая точка займет на характеристике амплистата (см. рис. 88) положение точки А. Напряжение тягового генератора становий я минимальным и соответствует падению напряжения на силовых цепях тяговых электродвигателей, т. е. происходит ограничение тока генератора. На селективной характеристике это соответствует положению точки А.
Рис. 88. Характеристика амплистата: 1-область ограничения максимального тока генератора; 11-область регулирования постоянной мощности (регулирования наклонной части селективной характеристики); 111-область ограничения максимального напряжения генератора
Когда якоря тяговых электродвигателей приходят во вращение и тепловоз трогается, растет э. д. с. двигателей и повышается напряжение тягового генератора. Увеличивается падение напряжения на резисторе СБТН (см. рис.86) и, следовательно, возрастает потенциал точки а. Значение сопротивления резистора СБТН выбирается с таким расчетом, чтобы при токе, соответствующем точке б1 селективной характеристики, потенциал в точке а селективного узла был равен потенциалу в точке в.
С этого момента ток і’и (сначала очень малый) от ТПН начинает протекать через выпрямитель В7, и в управляющей обмотке амплистата будет суммарный ток г’я + г’и от трансформаторов ТПТ и ТПН. В дальнейшем при повышении скорости тепловоза работа генератора определяется участком Б’Г’ селективной характеристики, сумма токов і’л + і’и поддерживается постоянной, а сама характеристика представляет прямолинейную наклонную линию.
В точке Г’ селективной характеристики ток і’и от ТПН становится настолько большим, что потенциал в точке в селективного узла превышает потенциал точки д, т. е. вентиль В5 запирается и доля тока от ТПТ в управляющей обмотке і’а = 0.
Участок Г Д’ селективной характеристики соответствует ограничению напряжения генератора. В управляющей обмотке амплистата будет протекать только увеличивающийся ток і’и от ТПН. При небольшом увеличении напряжения генератора и значительном уменьшении его тока рабочая точка на характеристике амплистата будет смешаться вниз от точки Д к точке Г.
Внешняя характеристика. Селективная характеристика генератора на рабочем участке Б’ Г’ (см. рис. 87), т. е. между режимами ограничения максимально допустимых тока и напряжения, не обеспечивает требуемого постоянства тяговой мощности в различных точках. Для выполнения этой задачи применяется дополнительное регулирование мощности при помощи индуктивного датчика, встроенного в регулятор частоты вращения. Регулировочная обмотка амплистата подключена к распределительному трансформатору через индуктивный датчик, выпрямительный мост и резистор. Таким образом, появляется дополнительное подмагничивание амплистата регулировочной обмоткой, зависящее от степени нагрузки дизеля.
При неизменном максимальном токе в регулировочной обмотке селективная характеристика переместится в положение Г Б, изображенное на рисунке штриховой линией; ограничиваемые значения тока, напряжения и мощности увеличатся. Так как якорь индуктивного датчика связан со штоком серводвигателя регулятора мощности, значение тока регулировочной обмотки изменяется в зависимости от положения индуктивного датчика.
При перегрузке дизеля на данной позиции рукоятки контроллера якорь индуктивного датчика под действием регулятора мощности дизеля начнет перемещаться таким образом, Что индуктивное, а следовательно, и полное сопротивление катушки увеличится (максимальное сопротивление катушки соответствует такому положению якоря, когда он полностью находится внутри катушки). Ток в регулировочной обмотке уменьшится и рабочая точка на характеристике опустится вниз, что вызовет уменьшение мощности тягового генератора. Таким образом, регулятор мощности дизеля, изменяя положение якоря индуктивного датчика, формирует гиперболическую внешнюю характеристику БГ тягового генератора, соответствующую постоянной свободной мощности дизеля.
В процессе работы тепловоза мощность дизеля изменяется при изменении режима вспомогательных нагрузок. Регулятор мощности дизеля, изменяя при помощи индуктивного датчика ток регулировочной обмотки амплистата, приводит в соответствие мощность тягового генератора с имеющейся свободной мощностью дизеля.
Ослабление возбуждения тяговых электродвигателей. Ограничение максимального напряжения тягового генератора определяет реально достижимую тепловозом скорость — примерно 47 км/ч при расчетной норме массы поезда на горизонтальном участке пути. Так как напряжение тяговых электродвигателей (с небольшим допущением) можно принять пропорциональным частоте вращения их якорей, дальнейшее повышение скорости при полном возбуждении тяговых двигателей возможно лишь в случае их исполнения на большее допустимое напряжение. Это потребовало бы значительного увеличения габаритных размеров и, следовательно, массы машин.
Для повышения максимальной скорости тепловоза с использованием полной мощности тяговых электродвигателей в электрической передаче применено ослабление возбуждения тяговых электродвигателей.
Из известного соотношения Е = СеФп, где Е — электродвижущая сила (э. д. с); Ф — магнитный поток; Се — электромашинная постоянная электродвигателя; п — частота вращения якоря, следует, что если уменьшить (ослабить) поток возбуждения, то уравновесить э. д. с. (следовательно, и напряжение) двигателя можно за счет увеличения частоты вращения якоря. Поэтому характеристики двигателя « = /(/,). где 1Г — ток тягового генератора, с различной степенью ослабления возбуждения ОП1, ОП2 располагаются, как показано на рис. 89, выше характеристики при полном возбуждении ПП. Степень ослабления возбуждения а определяется отношением тока в обмотке возбуждения /в к току якоря /я тягового электродвигателя.
Движение тепловоза начинается при полном возбуждении тяговых электродвигателей. При достижении тепловозом скорости 39-44 км/ч на 15-й позиции рукоятки контроллера машиниста включается групповой контактор ослабления возбуждения ВШ1. Своими главными контактами ВШ1 включает параллельно обмотки возбуждения тяговых двигателей резисторы первой ступени ослабления возбуждения СШ1. При этом часть тока якоря каждого электродвигателя идет через обмотки возбуждения, часть через замкнутые контакты ВШ1 и резисторы СШ1. На этой ступени возбуждения протекает 60% тока якоря (а, = 60%).
Уменьшение тока возбуждения вызывает увеличение частоты вращения якорей тяговых электродвигателей (переход на характеристику ОП1). При дальнейшем увеличении скорости тепловоза до 55-65 км/ч включается второй групповой контактор ослабления возбуждения ВШ2. Главные контакты ВШ2 подключают резисторы СШ2 ослабления возбуждения второй ступени параллельно включенным ранее резисторам первой ступени. Ток возбуждения уменьшается до 36% тока якоря (а2 = 36%), что приводит к дальнейшему увеличению частоты вращения якорей тяговых электродвигателей (переход на характеристику ОП2). Включением и выключением контакторов ВШ1 и ВШ2 управляют два реле перехода РП1 и РП2, в качестве которых применены реле типа РД-3010.
Рис. 89 Характеристики
При увеличении скорости тепловоза напряжение тягового генератора увеличивается, а его ток уменьшается. Включающее усилие, создаваемое катушкой напряжения реле, растет, а отключающее усилие токовой катушки, действующее согласно с отключающей пружиной реле, падает. Так как каждой скорости тепловоза однозначно соответствует определенное соотношение тока и напряжения, включение и отключение реле перехода с соответствующим ослаблением и восстановлением возбуждения двигателей происходят автоматически. Отключение реле регулируется изменением сопротивления, вводимого в цепь катушки напряжения размыкающими вспомогательными контактами соответствующего контактора ослабления возбуждения (ВШ1 или ВШ2).
Элементы автоматического регулирования возбуждения тягового генератора тепловозов 2ТЭ10М и 3ТЭ10М | Тепловоз 2ТЭ10М и 3ТЭ10М | Расположение электрооборудования на тепловозе 2ТЭ10М и 3ТЭ10М