чем достигается эффект при торможении электрическим тормозом
Чем достигается эффект при торможении электрическим тормозом
Тяговые двигатели при электрическом торможении работают в генераторном режиме. Создаваемый ими при этом вращающий момент стремится задержать вращение связанных с двигателями колесных пар, чем и достигается эффект торможения. Электрическое торможение применяют для подтормаживания и регулирования скорости движения поездов на спусках, а также для остановки поездов или снижения скорости. Электроэнергия, вырабатываемая в процессе электрического торможения, может быть поглощена в резисторах локомотива (реостатное торможение) или передана в контактную сеть (рекуперативное).
При электрическом торможении устраняется возможность нагрева колодок и бандажей при торможении на затяжных спусках, а также появления значительного количества пыли от тормозных колодок, загрязняющей электрооборудование и путь. Кроме того, снижаются из-носы бандажей вдвое и эксплуатационные расходы по смене тормозных колодок, осмотру и ремонту тормозной системы, существенно облегчается управление тормозным процессом, который может быть легко автоматизирован. В случае рекуперации еще обеспечивается и экономия энергии, расходуемой на движение поезда. На одном электровозе ВЛ80Р можно сэкономить в год 8—10 тыс. руб. только на тормозных колодках.
Благодаря отсутствию нагревания бандажей и колодок электрическое торможение по сравнению с механическим обеспечивает иа затяжных спусках большую надежность, так как всякое повышение скорости вызывает автоматическое увеличение тормозной силы и, наоборот, понижение скорости — уменьшение тормозной силы. В связи с этим допустимая скорость движения на спусках при элект-
рическом торможении может быть выше, чем при механическом. Повышение скоростей движения делает применение электрического торможения уже необходимым, так как с ростом скоростей эффективность механического торможения падает при одновременном резком усилении износа колодок и бандажей.
Эффективность электрического торможения зависит от степени приближения реализуемых тормозных сил к их максимальным значениям,определяемым ограничивающими параметрами локомотива, т. е. от правильности выбора схемы силовых цепей электрического тормоза, удобства и простоты управления тормозным процессом, скорости перехода из тягового в тормозной режим и степени автоматизации регулирования тормозной силы.
В СССР рекуперативное торможение впервые было осуществлено в 1932 г. на электровозах С° и ВЛ19-01, а реостатное торможение — в 1934 г. на электровозах ВЛ19. Рекуперативное торможение наиболее широко применяют на магистральных грузовых электровозах для подтормаживания поездов при движении на затяжных спусках: оно установлено на отечественных электровозах постоянного тока ВЛ22, ВЛ22М, ВЛ8, ВЛ10, ВЛ10У, ВЛ11 и др. Меньшее распространение получило рекуперативное торможение на электровозах переменного тока вследствие ряда технических трудностей, связанных с его осуществлением. В СССР система рекуперативного торможения впервые была разработана для электровозов переменного тока с ионными преобразователями — опытная партия электровозов ВЛбО11. Построены электровозы ВЛ60кр, ВЛ80Р с тиристорными преобразователями и рекуперативным торможением. Рекуперация на железных дорогах СССР в 1989 г. позволила сэкономить 1622,5 млн. кВт • ч электроэнергии
Реостатное торможение в СССР применяют на электровозах ВЛ80Т, ВЛ80С с
бесконтактным автоматическим регулированием тормозного процесса, электровозах ВЛ82М, ЧС2Т, ЧС4Т и ЧС4 с № 002 по 011 и ЧС4 с № 161, ЧС200, ЧС6, ЧС7, ЧС8 и др. Система рекуперативно-рео-статного торможения с использованием рекуперации в области высокой и средней скорости и реостатного торможения в области низкой скорости в СССР применена на электропоездах ЭР22 и ЭР22М, ЭР2Р. ЭР2Т.
За рубежом на электропоездах и скоростных электровозах широко применяют реостатное торможение. На грузовых электровозах применяют как рекуперативное, так и реостатное торможение.
Система электрического торможения должна обладать следующими свойствами: электрической устойчивостью, при использовании рекуперации иа затяжных спусках — механической устойчивостью, распределять нагрузку между тяговыми двигателями по возможности равномерно, допускать минимальные изменения нагрузки двигателей при колебаниях напряжения в контактной сети, быть надежной и удобной при управлении.
Под электрической устойчивостью понимают способность системы стремиться к установившемуся режиму и автоматически поддерживать его при всевозможных отклонениях. Выполнение этого условия является важным требованием, так как в противном случае быстро протекающие электрические процессы приводят к ненормальным режимам работы и срабатыванию защиты.
Под механической устойчивостью понимают способность системы торможения развивать такие тормозные силы, которые стремятся привести ее к установившейся скорости движения и автоматически восстанавливать эту скорость при всевозможных отклонениях.
Электрическое торможение
Машинист обязан заблаговременно проверить на локомотиве работу цепей электрического торможения, т.е. до перегона, где предстоит вести поезд, используя этот вид торможения. Прежде чем включить преобразователь, следует перевести вентиляторы охлаждения тяговых двигателей на режим высокой частоты вращения, затем до подхода поезда к спуску включить преобразователи. Переходить на электрическое торможение следует после того, как локомотив с головной частью поезда начнет движение по спуску.
При высокой скорости движения применяют рекуперацию на параллельном соединении тяговых двигателей. Машинист переводит реверсивную рукоятку в положение „Вперед” и начинает собирать цепи рекуперации с помощью тормозной и главной рукояток контроллера машиниста. Переходить на рекуперативное торможение или переключаться в этом режиме с одного соединения тяговых двигателей на другое можно только при скорости, меньшей той, которая должна автоматически устанавливаться после перехода в режим рекуперации на данном соединении тяговых двигателей. Если скорость движения поезда превышает предусмотренную автоматической характеристикой рекуперативного торможения на установленном для данного участка соединении тяговых двигателей, ее следует уменьшить до необходимого значения с помощью автоматических тормозов поезда и только после этого переходить на режим рекуперативного торможения.
Если поезд следует на рекуперативном торможении со спуска на площадку и вновь на спуск, в конце первого спуска необходимо уменьшить ток возбуждения, чтобы повысить скорость, а после прохода площадки при вступлении на следующий спуск снова увеличить ток возбуждения.
Для остановочного торможения машинист перемещает тормозную рукоятку в крайнее положение.
При использовании реостатного торможения локомотивная бригада должна учитывать, что имеются ограничения по скорости (110 км/ч), току возбуждения тяговых двигателей (1100 А) и току тормозных резисторов (830 А).
Допускается пневматическое подтормаживание состава в режиме реостатного торможения. Необходимо помнить, что после окончания реостатного торможения во избежание недопустимого нагрева тормозных резисторов можно выключать двигатели вентиляторов охлаждения не ранее чем через 1-2 мин после снятия нагрузки.
Условия применения электрического торможения. Используя электрическое торможение, нельзя допускать превышения скорости движения поезда сверх установленной для данного спуска по автоматическим тормозам. В случае необходимости следует применять автоматические тормоза поезда вместе с электрическим тормозом. Во время электрического торможения нельзя применять вспомогательный тормоз локомотива, за исключением случаев экстренного торможения. Применение вспомогательного тормоза разрешено машинистам лишь тех локомотивов, на которых предусмотрено одновременное применение электрического и вспомогательного тормозов с ограниченным давлением в тормозных цилиндрах. Для предотвращения заклинивания и юза колесных пар при следовании по спускам с большими токами при электрическом торможении необходимо привести в действие песочницу локомотива. Если начавшееся проскальзывание колес не прекращается, следует перевести тормозную рукоятку контроллера в сторону уменьшения тока возбуждения до прекращения проскальзывания и при необходимости усилить торможение поезда автотормозами.
Для уменьшения в грузовом поезде продольных динамических сил перед переходом на электрическое торможение на затяжных спусках крутизной 17 %0 и более вначале выполняют ступень торможения автоматическими тормозами, снижая давление в магистрали на 0,6-0,7 кгс/см2, а после перехода на электрическое торможение при необходимости отпускают автотормоза. При движении грузовых поездов по спускам меньшей крутизны переводить электровоз на режим электрического торможения разрешается без применения автотормозов состава при тормозном токе якоря, соответствующем тормозной силе не более 20 % полной тормозной, с выдержкой этого тока в течение 10-15 с и последующим его увеличением до требуемого значения. В процессе ведения пассажирских и порожних грузовых поездов предварительное применение автоматических тормозов поезда перед переходом на электрическое торможение не обязательно, если скорость движения поезда соответствует установленной местной инструкцией.
Тормозная сила при электрическом торможении не должна превышать максимальной допустимой по условиям устойчивости подвижного состава на рельсах и ограничения сил продольной динамики в поезде; значение ее устанавливается местной инструкцией. Прекращение электрического торможения производится постепенно, пока тормозной ток не уменьшится до нуля. В этот момент полностью выключают цепи электрического торможения. Во всех случаях произвольного прекращения электрического торможения машинист обязан немедленно привести в действие вспомогательный тормоз локомотива и перейти на торможение поезда автоматическими тормозами, после чего отпустить локомотивный тормоз и вновь перейти на электрическое торможение. В случае повторного прекращения электрического торможения далее следует вести поезд на автотормозах.
Если во время электрического торможения в поезде пришли в действие автотормоза из-за того, что открылся кран экстренного торможения или нарушилась целостность тормозной магистрали, машинист обязан произвести экстренное торможение краном машиниста и на спусках круче 17 %0 довести силу электрического торможения локомотива до максимального допустимого значения, поставив ручку крана № 254 вспомогательного тормоза в положение I. Это предотвратит наполнение сжатым воздухом тормозных цилиндров локомотива. По мере снижения скорости, когда по амперметру значение тормозного тока якоря будет близко к нулю, машинист должен прекратить электрическое торможение и полностью привести в действие вспомогательный тормоз локомотива.
Электрическое торможение
Электрическое торможение (динамическое торможение, динамический тормоз) — вид торможения, при котором тормозной эффект достигается за счёт преобразования кинетической и потенциальной энергии транспортного средства (поезд, троллейбус и т. д. ) в электрическую. Данный вид торможения основан на таком свойстве тяговых электродвигателей, как «обратимость», то есть возможность их работы в качестве генераторов.
По преобразованию полученной электроэнергии различают:
Применение
Электрическое торможение получило широкое распространение практически на всех видах электротранспорта: от высокоскоростных электропоездов до маневровых тепловозов, на трамваях, троллейбусах, метрополитене и даже на многих кранах.
Литература
Полезное
Смотреть что такое «Электрическое торможение» в других словарях:
ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ТОРМОЖЕНИЕ — процесс (см.) поступательного млн. вращательного движения электрифицированных транспортных и грузоподъёмных средств, машин, станков, приборов путём превращения кинетической энергии в электрическую млн. тепловую либо изменением направления… … Большая политехническая энциклопедия
ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ТОРМОЖЕНИЕ — осуществляется либо переключением исполнительного электродвигателя движущегося механизма в генераторный режим (при этом кинетическая энергия механизма преобразуется в электрическую), либо изменением направления вращающего момента электродвигателя … Большой Энциклопедический словарь
электрическое торможение — — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.] Тематики электротехника, основные понятия EN electric braking … Справочник технического переводчика
электрическое торможение — осуществляется либо переключением исполнительного электродвигателя движущегося механизма в генераторный режим (при этом кинетическая энергия механизма преобразуется в электрическую), либо изменением направления вращающего момента электродвигателя … Энциклопедический словарь
электрическое торможение — elektrinis stabdymas statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. electric braking vok. elektrische Bremsung, f; elektrisches Bremsen, n rus. электрическое торможение, n pranc. freinage électrique, m … Automatikos terminų žodynas
электрическое торможение — elektrinis stabdymas statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. electric braking; electrical braking vok. elektrische Bremsung, f rus. электрическое торможение, n pranc. freinage électrique, m … Fizikos terminų žodynas
электрическое торможение железнодорожного подвижного состава — 34 электрическое торможение железнодорожного подвижного состава: Торможение тягового железнодорожного подвижного состава, при котором тормозная сила создается при преобразовании кинетической энергии тягового железнодорожного подвижного состава в… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ТОРМОЖЕНИЕ ПРОТИВОТОКОМ — то же, что торможение противовключением … Большой энциклопедический политехнический словарь
Торможение (значения) — Торможение (от тюркск. turmaz подкладка для колёс арбы; по другой версии от греч. τόρμος то, что вставлено в отверстие; дыра, в которой торчит затычка, гвоздь, колышек). Торможение в физиологии активный нервный процесс угнетения … Википедия
торможение противовключением вращающегося электродвигателя — торможение противовключением Электрическое торможение вращающегося электродвигателя, осуществляемое путем переключения его обмоток в положение, соответствующее другому направлению вращения. [ГОСТ 27471 87] Тематики машины электрические… … Справочник технического переводчика
Сущность электрического торможения
Электрическое торможение подразделяется на электродинамическое и электромагнитное рельсовое.
Электродинамическое торможение основано на принципе обратимости электрических машин, то есть переводе тягового электродвигателя в режим генератора. В этом случае, машинист включает электрический ток в обмотки возбуждения тяговых электродвигателей. При поступательном движении локомотива колёсная пара через редуктор вращает якорь в магнитном поле системы возбуждения статора. В якоре наводится электрический ток, который направляется на реостат (реостатное торможение) или преобразователь для передачи тока в контактную сеть (рекуперативное торможение). Так механическая энергия движущегося локомотива преобразуется в электрическую энергию при одновременном образовании тормозной силы.
Применение электродинамического торможения локомотивов позволяет:
· уменьшить износ тормозных колодок и бандажей колёсных пар;
· повысить безопасность движения поездов вследствие наличия на локомотивах дополнительной системы торможения;
· повысить скорости движения поездов на затяжных спусках;
· уменьшить затраты на содержание механической системы торможения;
· применить автоматическое регулирование торможения для поддержания по программе автоведения определённой скорости движения, например: в поездах метрополитена и, особенно в поездах высокоскоростного движения («Сапсан»).
Основными недостатками электродинамического торможения являются: – получение тормозного эффекта только в процессе движения локомотива и только тех осей подвижного состава, которые имеют тяговые электродвигатели;
· рост температуры нагрева обмоток тяговых электродвигателей;
· увеличение веса локомотива из-за применения специальных тормозных реостатов;
· усложнение системы управления работой силового оборудования электроподвижного состава.
Электродинамическое торможение локомотивов и электроподвижного состава является вспомогательным тормозом. Оно применяется наряду с колёсно-колодочными и другими системами торможения.
На тепловозах (ТЭМ2, 2ТЭ116, ТЭП70 и др.), оборудованных электродинамическим тормозом, применяют системы независимого возбуждения ТЭД при их работе в генераторном режиме. Питание обмоток возбуждения двигателей при электродинамическом торможении осуществляется от тягового генератора тепловоза.
Регулирование тормозной силой производится изменением напряжения (тягового генератора) на обмотку возбуждения ТЭД и, соответственно, величины магнитного потока двигателей. При постоянной частоте вращения коленчатого вала дизеля напряжение тягового генератора регулируется током обмотки возбуждения самого генератора.
На маневровых тепловозах ТЭМ2 и ЧМЭ3, оборудованных электрическим тормозом, тормозную силу регулируют изменением общего сопротивления Rт тормозных резисторов (рисунок 3).
Рисунок 3. Принципиальная схема реостатного торможения двигателей.
Уравнение электрического равновесия при реостатном торможении
где ∑rя – сопротивление обмоток якорей тяговых электродвигателей;
Rт – сопротивление тормозного резистора;
IТЭД – сила тока в цепи якоря ТЭД;
Ф – магнитный поток в обмотках возбуждения ТЭД;
v – скорость движения локомотива, км/ч;
с – электрическая постоянная, отражающая конструкционные параметры двигателя.
Скорость движения локомотива при электрическом реостатном торможении
, км/ч. (25)
Тормозная сила, создаваемая электродвигателями в режиме генератора при взаимодействии колёс с рельсами
, кН, (26)
где nТЭД – число тяговых электродвигателей;
ΔВ – механические и магнитные потери в электрической передаче, кН:
, (27)
где ΔРмех – механические потери мощности в тяговых электрических машинах локомотива, кВт;
ΔРмагн – потери в магнитной системе тяговых электродвигателей, кВт;
ΔРтп – потери мощности в тяговом приводе колёсных пар локомотива, кВт;
v – скорость движения локомотива в режиме торможения, км/ч.
Рисунок 4. Принципиальные схемы соединений концов обмоток якорей и обмоток возбуждения.
Реостатное торможение при последовательном возбуждении тяговых электродвигателей широко используется на электроподвижном составе постоянного тока. При торможении тяговые электродвигатели отключаются от контактной сети и замыкаются на тормозные резисторы Rт (рисунок 4а). Переход тяговой машины электровоза в генераторный режим происходит благодаря сохранившемуся в ней магнитному потоку (остаточному магнетизму).
При реостатном торможении электроподвижного состава с самовозбуждением тяговые электродвигатели переключают либо концы Я и ЯЯ якоря (рисунок 4б), либо К и КК обмотки возбуждения (рисунок 4в).
Рисунок 5. Токовые характеристики реостатного торможения.
Достоинство такого торможения – относительная простота устройства и независимость от работы контактной сети. К недостаткам следует отнести заметную задержку эффективного торможения, так как в начальный период работы (1-2 с) остаточный магнетизм в магнитной системе электродвигателя невелик. На (рисунок 5) приведены токовые характеристики реостатного торможения с самовозбуждением ТЭД при различных сопротивлениях тормозного реостата Rт. Изменяя сопротивление реостата, регулируют силу тока ТЭД и, соответственно, тормозную силу Вт. Штриховыми линиями показаны ограничения тормозной силы: 1 – по силе сцепления колёс с рельсами; 2 – по максимальной силе тока ТЭД; 3 – по допустимому напряжению ТЭД; 4 – по максимальной скорости движения.
Зависимость тормозной силы Вт от силы тока IТЭД приведена на (рисунок 6). На этом же рисунке показана характеристика изменения электромагнитной силы FТЭД, которая в зависимости от направления тока обеспечивает создание либо тормозного момента, либо силы тяги при взаимодействии колёсных пар с рельсами. Разницу между характеристиками Вт = f(IТЭД) и FТЭД= f(IТЭД) составляют механические и магнитные потери ΔВ в электрической передаче локомотива.
Рисунок 6. Зависимость тормозной силы и электромагнитной силы тяговых двигателей от тока тяговых электродвигателей.
Следует отметить, что на локомотиве не допускается одновременное применение электрического и пневматического торможения из-за большой вероятности заклинивания колёсных пар и образования юза.
Электромагнитные тормоза. Тормозной эффект достигается за счёт силы электромагнитного притяжения к рельсам специальных стальных тормозных башмаков (рисунок 7), на пружинах подвешенных к боковым балкам рамы тележки локомотива. Тормозные башмаки имеют направляющие, обеспечивающие их вертикальное перемещение относительно боковин рамы тележки. При питании обмоток возбуждения башмаков током от аккумуляторной батареи создаётся магнитный поток, охватывающий сердечник тормозного башмака и рельса – башмаки притягиваются к рельсам и возникает тормозная сила. Эта тормозная сила не ограничена сцеплением колёс с рельсами.
Рисунок 7. Схема рельсового тормоза.
Поэтому в высокоскоростном поезде, при наличии электромагнитного тормоза, дополнительно имеется несколько систем торможения, которые в сочетании с электромагнитным тормозом, обеспечивают наибольшую эффективность применения в определённом диапазоне скоростей движения. Например, скоростной электропоезд ЭР200 оборудован: колёсно-колодочным пневматическим тормозом; электрическим реостатным тормозом с самовозбуждением; электропневматическим колёсно-колодочным тормозом; дисковым тормозом; магнитно-рельсовым тормозом; ручным тормозом для удержания поезда на месте. Для управления скорости движения поезда контроллер машиниста дополнительно имеет четыре тормозных положения, обеспечивающих безопасное сочетание различных систем торможения.
На рисунке 8 представлены опытные зависимости тормозного пути Sт в м от начальной скорости движения v в км/ч электропоезда ЭР200 одиночными и в сочетании различных систем при торможении: 1 – электромагнитные рельсовые тормоза; 2 – дисковые тормоза; 3 – при совместном действии дискового и электромагнитного рельсового тормозных систем.
Анализ представленных зависимостей убедительно доказывает высокую эффективность применения комбинированных тормозов в скоростном движении поездов.
Рисунок 8. Зависимость тормозного пути от скорости движения и системы торможения электропоезда ЭР200.