что такое контрток тягового двигателя
Что такое контрток тягового двигателя
Процесс изменения направления тока в замыкаемых накоротко щетками секциях якорной обмотки с помощью коллектора и щеточного механизма называется коммутацией.
Секции якоря, в которых происходят изменения направления тока, называются коммутируемыми.
Условия работы тяговых двигателей на электропоездах значительно тяжелее, чем при стендовых испытаниях. На процесс коммутации влияет ряд эксплуатационных факторов. Большое влияние на работу тяговых двигателей оказывает трение, возникающее при работе под током тягового двигателя между пластинами коллектора и щетками. Наиболее частыми являются механические причины искрения под щетками, основными из которых являются: выступающая изоляция между пластинами коллектора; загрязнение рабочей поверхности коллектора; искажение формы рабочей поверхности коллектора (подгары, царапины, неровности, овальность или эксцентричность и т. д.); перекос щеток, ослабление направляющего действия щеткодержателей; предельный износ щеток, недостаточное нажатие на щетку и плохая пригонка щетки к коллектору; динамическое воздействие на щетку и щеточный аппарат неровностей пути, биение якоря в результате его небаланса, повышенного износа подшипников вала якоря, зубчатой передачи и т. д.
Искрения в результате этих факторов могут вызвать такие необратимые нарушения в тяговом двигателе, что эксплуатация его станет невозможной. В чем же состоит сущность коммутационного процесса?
В тяговых двигателях электропоездов применяют волновые якорные обмотки с одновитковыми секциями — витками (рис. 70). Конец витка / соединяют с коллекторной пластиной, к которой подсоединяется начало витка 2, расположенного под второй парой полюсов. Конец витка 2 соединен с началом витка 3 и т. д. до тех пор, пока последний виток (конец) не будет соединен с началом витка /. Таким образом, обмотка якоря представляет собой замкнутую электрическую цепь, которую щетки разделяют на две параллельные ветви. Учитывая, для простоты изучения, что якорь двигателя вращается очень медленно и что сила тока в короткозамкну-той секции будет изменяться также очень медленно, можно считать, что э. д. с. самоиндукции ничтожно мала и ею можно пренебречь.
Рис. 70. Одновитковые секции обмотки якоря:
Рассмотрим процессы, которые происходят в этом случае. Обмотка якоря двигателя (рис. 71, а) и вместе с ней коллектор при неподвижной щетке /, ширина которой принимается равной ширине коллекторной пластины, перемещаются по стрелке. В тот момент, когда положительная щетка имеет контакт только с одной коллекторной пластиной, электрический ток, проходящий через щетку и коллекторную пластину в, делится на две равные части. Половина тока 1/2 через секцию Б идет в левую параллельную ветвь, половина 1/2 —- через секцию В в правую параллельную ветвь и далее к отрицательной щетке, где эти величины тока складываются и возвращаются к минусовому зажиму источника тока.
Когда щетка / коснется коллекторной пластины б (рис. 71, б), площадь ее соприкосновения с пластиной в начнет уменьшаться по мере вращения якоря. Тогда ток от щетки пойдет к щеткам бив. Причем ток, проходящий по секциям обмотки якоря Б, будет уменьшаться по мере увеличения площади соприкосновения щетки с пластиной б и уменьшения площади соприкосновения с пластиной в. В момент, когда эти площади станут равны, ток в короткозамкнутой секции Б будет равен нулю, а началом левой параллельной ветви станет уже секция А.
При дальнейшем вращении якоря площадь контакта щетки / с коллекторной пластиной б будет превышать площадь контакта с пластиной в, и по секции Б вновь начнет протекать увеличивающийся ток, но уже противоположного направления. Когда щетка / потеряет контакт с пластиной в (рис. 74, в), ток в секции Б будет равен половине тока 1/2, проходящего через щетку /.
Таким образом, процесс изменения тока в секции полностью закончится и секция Б перейдет из левой параллельной ветви в правую параллельную ветвь.
В дальнейшем, когда до щетки / дойдет пластина а, начнется процесс изменения тока в секции А. Процесс изменения тока (коммутация) в секции якоря двигателя начинается тогда, когда коллекторное деление той пары щеток, между которыми подключена секция, перекрывается набегающим краем щетки. Оканчивается же процесс коммутации в момент выхода рассматриваемого коллекторного деления из-под противоположного сбегающего края щетки.
Время Т, в течение которого секция замкнута накоротко щеткой, называется периодом коммутации. Витки обмотки присоединены к коллекторным пластинам и к щетке подводится ток /. Этот ток, пройдя через щетку в обмотку якоря, разветвляется в ней. Токи +1/2 и —1/2 (рис. 72) в параллельных цепях обмотки одинаковы по величине, но противоположны по направлению.
Как отмечалось выше, при вращении якоря коллекторные пластины перемещаются относительно неподвижных щеток и наступает момент, когда сопротивления площадей левой и правой половин щеточного контакта равны. Тогда ток, притекающий к щетке, делится поровну между пластинами / и 2. Таким образом,
за период коммутации Т ток в секции А\ меняется на величину 21/2 = 1. Однако с изменением тока в секции А\ изменяется и магнитный поток Фь, окружающий ее. Поэтому в ней наводится э. д. с. самоиндукции
Рис. 72. Распределение токов в коммутационной секции
где п — частота вращения якоря.
Направление э. д. с. самоиндукции определяется правилом Ленца и оно таково, что препятствует изменению тока. Обычно в пазах якоря помещается не одна активная сторона секции, а несколько. Кроме того, щетка имеет такую ширину, что перекрывает сразу несколько коллекторных пластин, поэтому
процесс коммутации происходит не в одной секции, а в нескольких одновременно.
Магнитные потоки секции замыкаются через одни и те же соседние зубцы якоря и охватывают не только проводники, токами которых они созданы, но и соседние, лежащие в этих пазах. При этом каждый из потоков при своем изменении наводит как э. д. с. самоиндукции ех в стороне секции, током которой он создан, так и э. д. с. взаимоиндукции ем во всех остальных секциях. Полная э. д. с, появляющаяся в секциях обмотки якоря, называется реактивной э. д. с. ер и равна сумме э. д. с. самоиндукции и э. д. с. взаимоиндукции:
Э. д. с. коммутации ек, наводимая в короткозамкнутой секции магнитным потоком дополнительных полюсов, полностью компенсирует реактивную э. д. с. ер в той же секции, поэтому
Рис. 73. Схема появления кругового огня (а) и кривые распределения индукции в воздушном зазоре (б)
магнитное поле главных полюсов. Такое искажение магнитного поля главных полюсов магнитным полем якоря называется реакцией якоря.
При нагрузке двигателя магнитные поля якоря и главных полюсов взаимодействуют таким образом, что под одной половиной каждого из полюсов они складываются, а под другой вычитаются. В результате этого равномерное распределение индукции под полюсами нарушается (кривая 4 на рис. 73,6).
При полной компенсации потока реакции якоря в зоне коммутации дополнительными полюсами результирующая индукция
Следовательно, чем больше реакция якоря, тем больше нарушается равномерное распределение индукции под полюсами. Это приводит к резкому росту напряжения между пластинами на отдельных участках коллектора. Немалую опасность представляет возникновение отрицательной индукции (площадь Б на рис. 73,6), при развитии которой может произойти быстро развивающийся процесс перемагничивания двигателя реакцией якоря. Таким образом, в случае появления дуги между двумя коллекторными пластинами в результате случайного загрязнения изоляционного расстояния между ними дуга может распространиться по коллектору между двумя щетками различной полярности.
Вышеописанный процесс при определенных условиях (ионизация воздуха, наличие пыли.и т. д.) может произойти при напряжении между пластинами, превышающем 35—38 В. В условиях эксплуатации мерами предупреждения искрения являются содержание в чистоте поверхности коллектора, конуса, канавок между пластинами коллектора, своевременное удаление с рабочей поверхности подтеков, царапин, заусенцев, смена сколотых и изношенных щеток, содержание в норме щеткодержателей и т. д.
Для улучшения процесса коммутации пользуются двумя основными способами. Самым распространенным способом является применение дополнительных полюсов, которые создают в коммутационной зоне магнитное поле, наводящее в коммутирующих секциях э. д. с.
ПОЧЕМУ НА ТЕПЛОВОЗАХ НЕЛЬЗЯ ПРИМЕНЯТЬ КОНТРТОК? ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКОЕ ТОРМОЖЕНИЕ
Что произойдет, если на ходу переключить тяговые электродвигатели для работы в противоположном движению тепловоза направлении, или, как говорят, дать контрток? Ведь на паровозах применяют контрпар в качестве тормозного средства. Нельзя ли на тепловозах в необходимых случаях производить торможение с помощью контртока?
Рассмотрим изменения в работе электрических машин тепловоза в случае применения контртока. При нормальной работе электрической передачи локомотива электродвижущие силы тяговых электродвигателей направлены против подводимого к ним напряжения от тягового генератора, т. е. имеют противоположное направление электродвижущей силе генератора. Величина тока генератора будет прямо пропорциональна разности этих э. д. с.
Если на ходу произвести реверсирование тяговых электродвигателей, то изменится направление тока в их обмотках возбуждения. Легко определить по правилу правой руки, что индуктируемая ими э. д. с. также станет противоположной по направлению. Значит, теперь электродвижущие силы тяговых электродвигателей и генератора будут иметь одинаковое направление. Тяговые электродвигатели превратятся в генераторы, включенные последовательно с тяговым генератором. Ток двигателей и генератора будет пропорционален сумме их электродвижущих сил и резко возрастет. Нужно иметь еще в виду, что на тепловозах применяются тяговые электродвигатели последовательного возбуждения. Весь ток двигателей проходит по обмоткам их возбуждения. Поэтому с увеличением тока тяговых электродвигателей будет непрерывно расти их э.д.с. до тех пор, пока не наступит магнитное насыщение полюсов. Электродвигатели стремятся развивать наибольшую э. д. с. и, следовательно, создавать максимальный ток.
Величина тока в двигателях и генераторе, напряжение на их коллекторах быстро превысят допустимые пределы, нарушится нормальная коммутация электрических машин. Неизбежно возникнут вспышки электрической дуги на коллекторах машин, переходящие в круговой огонь, и перебросы на корпус.
Обычно в этих случаях срабатывают защитные устройства тепловоза, однако электрические машины успевают получить тяжелые повреждения. Поэтому применение контртока на тепловозах совершенно недопустимо.
Можно ли заставить тяговые электродвигатели работать в качестве генераторов и с их помощью производить торможение тепловоза? Да, можно, используя свойство обратимости электрических машин постоянного тока. Однако для этого тепловоз необходимо снабдить специальным оборудованием. Новый вид торможения должен быть предусмотрен уже при разработке самой схемы электрической передачи.
У нас в стране созданы опытные тепловозы с электродинамическим торможением. При таком торможении якоря тяговых электродвигателей отключаются от генератора и в их цепи вводятся специально установленные на тепловозе резисторы — тормозные реостаты. Электродвигатели переводятся в генераторный режим и создают тормозное усилие на колесных парах тепловоза. Вырабатываемая ими электрическая энергия поглощается в реостатах. В период торможения осуществляется независимое возбуждение тяговых электродвигателей от генератора. Изменение тормозного усилия производится путем регулирования тока возбуждения тяговых электродвигателей с помощью контроллера машиниста, который специальной рукояткой переключается на тормозной режим.
При этом ток возбуждения тяговых электродвигателей ограничивается таким образом, чтобы э. д. с. двигателей находилась в допустимых по коммутации пределах. Благодаря ограничению э. д. с. и резисторам в цепи якорей тяговых двигателей ток их также не выходит за допустимые значения. Электродвигатели в тормозном режиме развивают большую мощность, значительно превышающую мощность дизеля. Для поглощения такого количества электрической энергии требуются специальные реостатные устройства с интенсивным принудительным охлаждением. В процессе торможения дизель продолжает работать, так как тяговый генератор используется для питания током обмоток возбуждения тяговых электродвигателей.
Применение электродинамического торможения позволяет намного реже пользоваться пневматическими тормозами. В результате уменьшается износ тормозных колодок, обеспечиваются высокие тормозные усилия, особенно при больших скоростях движения, снижается опасность юза колесных пар. Тепловозы с электродинамическим торможением за счет более устойчивого режима торможения, исключающего перегрев тормозных колодок, допускают более высокие скорости движения поездов на уклонах. При этом достигается как увеличение средней скорости движения поездов, так и заметная экономия топлива.
Широкое внедрение электродинамического торможения является важным средством дальнейшего улучшения технико-экономических показателей перспективных тепловозов.
КАК РАСШИРИТЬ ДИАПАЗОН СКОРОСТИ ТЕПЛОВОЗА
Использование полной мощности тепловозных дизелей достигается регулированием напряжения тягового генератора при изменении тока, потребляемого тяговыми электродвигателями, в соответствии со скоростью движения. Тяговый генератор должен быть рассчитан прежде всего на максимальный ток силовой цепи. Но, кроме того, в целях реализации установленной мощности он должен обеспечить повышение напряжения при уменьшении тока. Для этого генератор снабжают более мощной системой возбуждения, увеличивают число проводников обмотки якоря, делают более прочной изоляцию, при этом его размеры и масса возрастают. Чем шире пределы, в которых изменяются ток и напряжение генератора одной и той же мощности, тем больше его размеры. Поэтому при проектировании электрической передачи принимаются все меры, чтобы сократить диапазон их изменения, конечно, без ущерба для полного использования мощности дизеля тепловоза. Выше было сказано, что именно из этих соображений в качестве тяговых электродвигателей используют двигатели с последовательным возбуждением. Применяются и другие эффективные меры, к которым относятся перегруппировка тяговых электродвигателей и ослабление возбуждения электродвигателей.
Например, на тепловозе ТЭМ1 трогание поезда и разгон осуществляются при последовательном соединении всех тяговых электродвигателей 1— 6.
В этом случае, как показано на рис. 175, а, контактор К2 включен, а контакторы К1 и КЗ выключены. В процессе увеличения скорости движения ток тяговых электродвигателей и, следовательно, тягового генератора уменьшается, а напряжение увеличивается. При скорости около 11 км/ч и работе дизель-генератора на номинальном режиме напряжение генератора приближается к своей максимальной величине, составляющей примерно 850 В, и дальнейший рост его прекращается. При более высокой скорости движения мощность дизеля будет недоиспользоваться. Выход из положения нашли в переключении тяговых электродвигателей с последовательного соединения на последовательно-параллельное. Такого рода переключения тяговых электродвигателей называют перегруппировкой. Электродвигатели с помощью контакторов К1 и КЗ включаются в две группы, а контактор К2 отключается.
В каждой группе три двигателя соединены последовательно, а группы подключены к генератору Г параллельно. Теперь ток тягового генератора увеличивается, становясь равным сумме токов двух групп тяговых электродвигателей, а напряжение генератора снизится. Генератор вновь начнет работать в области высоких токов и низких напряжений. Дальнейший разгон поезда происходит при использовании полной мощности дизеля, так как с уменьшением тока тяговых двигателей напряжение генератора будет возрастать до наибольшей величины. При скорости движения около 27 км/ч вновь напряжение генератора приблизится к предельной величине, и начинается ограничение мощности тепловоза. Снятие ограничения мощности при дальнейшем увеличении скорости движения тепловоза достигается в результате ослабления возбуждения тяговых электродвигателей. Для этого с помощью контакторов КШ1 и КШ2 включаются резисторы СШ1 параллельно обмоткам возбуждения электродвигателей. Теперь только часть тока двигателя проходит по обмотке возбуждения. Ослабление возбуждения тяговых электродвигателей приводит к снижению э. д. с, возникающей в обмотках якорей, увеличению тока электродвигателей и тягового генератора. Дальнейшее увеличение скорости тепловоза будет происходить с полным использованием мощности дизеля. При скорости движения тепловоза ТЭМ1 более 45 км/ч вновь начинается ограничение мощности дизеля по возбуждению генератора уже при последовательно-параллельном соединении двигателей и ослабленном возбуждении. Однако здесь больше никаких мер не принимается, так как этот маневровый тепловоз не предназначен для высоких скоростей движения с поездами.
Следует отметить, что метод расширения диапазона скоростей движения тепловоза при полном использовании мощности дизеля посредством перегруппировки тяговых двигателей имеет существенные недостатки. В процессе перегруппировки электродвигателей производятся переключения в силовой цепи тепловоза, при которых приходится резко снижать напряжение генератора, чтобы исключить большие толчки тока. Поэтому сила тяги тепловоза в период переключения тяговых двигателей резко падает, а затем снова возрастает до нормальной. Снижение силы тяги неблагоприятно сказывается на движении поезда. При ослаблении возбуждения не требуется предварительно снижать напряжение тягового генератора или отключать тяговые электродвигатели и уменьшения силы тяги не происходит.
Кроме того, электрическая схема с постоянной группировкой тяговых электродвигателей получается более простой, с меньшим количеством электрических аппаратов. Поэтому для тепловозов ТЭЗ, типов ТЭ10, ТЭП60 были выбраны схемы постоянного включения тяговых электродвигателей (без перегруппировки) и две ступени ослабления возбуждения этих электродвигателей.
На тепловозах ТЭЗ тяговые электродвигатели 1—6 соединяются в три параллельные группы с помощью контакторов K1, K2 и КЗ (рис. 175, б). В каждой группе два двигателя включены последовательно. Степень ослабления возбуждения электродвигателя характеризуется величиной той части тока, которая продолжает проходить по обмотке возбуждения после включения шунтирующего резистора. Остальной ток якоря проходит по этому резистору. При скорости движения тепловоза 28 км/ч параллельно обмоткам возбуждения тяговых двигателей посредством контакторов КПП включаются резисторы С1111 первой ступени ослабления возбуждения. По обмоткам возбуждения проходит только 48% тока якорей тяговых двигателей, увеличивается ток в силовой цепи, уменьшается напряжение генератора, что снимает ограничение мощности тепловоза.
При скорости 45 км/ч с помощью контакторов КШ2 подключаются вторые шунтирующие резисторы СШ2. Теперь лишь 25% тока тягового электродвигателя проходит по обмотке возбуждения и магнитное поле двигателей еще более ослабляется. Вновь возрастает ток генератора и уменьшается его напряжение. Ограничение мощности отодвигается до конструкционной скорости тепловоза. Глубина ослабления возбуждения электродвигателей лимитируется условиями обеспечения удовлетворительной коммутации.
На тепловозах 2ТЭ10Л и 2ТЭ10В применена параллельная схема включения всех шести тяговых электродвигателей 1—6 с двумя ступенями ослабления возбуждения (рис. 175, в). Такая схема позволяет в случае повреждения тягового двигателя отключить его и следовать на пяти оставшихся двигателях. В депо поврежденный двигатель должен быть восстановлен или заменен. Первая ступень ослабления возбуждения тяговых электродвигателей включается при скорости движения 35—40 км/ч, вторая — при 55—60 км/ч. Глубина ослабления возбуждения двигателей на первой ступени составляет 60%, на второй — 36 %. Полное использование мощности дизеля на тепловозах этих серий обеспечивается вплоть до конструкционной скорости.
Обратные переходы с отключением резисторов ослабления возбуждения при замедлении движения тепловоза (например, на подъеме) и работе дизель-генератора на номинальном режиме происходят при скоростях на 5— 10 км/ч меньше, чем прямые переходы. Указанный разрыв между прямыми и обратными переходами необходим для того, чтобы исключить частые повторные переключения с одной схемы на другую (звонковую работу), которые могут привести к повреждениям аппаратуры управления и электрических машин.
Таким образом, рассмотрение работы электрической передачи тепловоза при перегруппировке тяговых двигателей, применении ослабления их возбуждения показало, что эти меры позволяют многократно использовать гиперболический участок внешней характеристики тягового генератора в широком диапазоне изменения скорости движения локомотива, реализуя номинальную мощность дизель-генератора.
В случае работы дизель-генератора на частичной мощности, устанавливаемой машинистом с помощью контроллера, также происходят изменения схемы соединения двигателей, включение резисторов ослабления возбуждения для поддержания этой мощности (уже не номинальной).
Включение контакторов для перегруппировки тяговых двигателей и ослабления возбуждения производится автоматически в зависимости от скорости движения тепловоза с помощью специальных реле перехода.
ПОЧЕМУ НА ТЕПЛОВОЗАХ НЕЛЬЗЯ ПРИМЕНЯТЬ КОНТРТОК? ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКОЕ ТОРМОЖЕНИЕ
Контрток как особый случай электрического торможения
Контрток – вид электрического торможения, когда поезд следует в одном направлении, а машинист собирает схему моторного режима в другом направлении. При этом приложенное напряжение будет совпадать по направлению с противоэдс. Ток якоря в этом случае будет определяться по формуле:
При этом на зажимах тяговых двигателей возникнет большой электрический потенциал, и двигатели сгорят еще до срабатывания защиты. Так как токи по якорю и возбуждению достигают очень больших значений, то из – за большого тормозного момента возможно образование ползунов, разрушение зубчатой передачи и деталей тяговых двигателей. Чем больше скорость движения поезда, тем процессы более разрушительны. По этим причинам применение контртока запрещено.
Управление локомотивом
Приемка электровоза в депо и на станции
Приемка начинается с записями в журнале формы ТУ-152 «Технического состояния локомотива». Смотрится наличие записей о проведении технических осмотров, показания счетчиков электроэнергии, срабатывания БВ, замечания предыдущих машинистов о работе локомотива. Затем машинист электровоза производит осмотр следующих узлов и деталей электровоза:
1) Наличие пломб на тормозном оборудовании, песочных форсунках, крышевого люка, приборах контроля и регистрации
2) Остукиванием проверяется наличие песка в бункерах электровоза
3) Проверяется работа нагрузочных устройств;
4) Проверяется работа прожектора, буферных фонарей в рабочей и нерабочей кабинах
5) Проверяется блокировка рукояток контроллера в нулевом положении в задней кабине, блокировка кнопочного поста машиниста, выключение ВУ
6) Проверяется наличие предохранителей на панели управления, щитке помощника машиниста. Особое внимание обращается на предохранители аккумуляторной батареи. Временные «жуки» не допускаются.
7) В высоковольтной камере касанием рукой проверяются стойки контакторов на нагрев, если приемка локомотива производится под поездом.
8) Проверяется наличие медных шунтов на аппаратах, их исправность
9) Проверяется наличие и состояние губок контакторов. Если губки контакторов синеватого оттенка, значит они подвергались нагреву.
10) Нажатием на грибки вентилей проверяется срабатывание аппаратов силовой цепи. Особое внимание обращается на четкость размыкания контактов
11) Проверяется работа противобоксовочной защиты на всех соединениях.
12) Проверяется сбор схемы тормозного режима на всех соединениях
13) На электровозах, оборудованных микропроцессорной системой управления по блоку индикации проверяется последовательность срабатывания электрических аппаратов
14) Проверяется работа тормозного оборудования
15) Проверяется состояние механического оборудования. Особое внимание обращается на состояние колесных пар локомотива.
Осмотр аппаратов с заходом в высоковольтную камеру выполняется при необходимости
По окончании поездки машинист записывает все замечания по работе электровоза в журнал ТУ-152, а также производит очистку узлов и аппаратов локомотива согласно циклу ТО-1
Выезд электровоза из депо под низким напряжением
Если электровоз выводят из депо под низким напряжением, то порядок действия следующий. Проверив выполнение правил безопасности, машинист изолированной штангой переводит шинный разъединитель вверх; одновременно машинист убеждается, что заземляющие штанги отключены от электрических цепей.
Закрыв двери высоковольтной камеры, машинист, проверив по манометру давление воздуха в тормозной магистрали и тормозных цилиндрах, дает указание помощнику отпустить ручной тормоз (вынуть башмаки из-под колес) и подключить гибкий электрический кабель деповской линии к подкузовной шине или розетке электровоза. Перед выполнением подключения следует убедиться в том, что настенный разъединитель отключен.
После присоединения кабеля настенный разъединитель включает лицо, в чьем ведении находится данная канава (дежурный по депо, помощник дежурного, мастер цеха). В движение электровоз приводят по указанию дежурного по депо. Главную рукоятку контроллера в этом случае переводят на более высокие позиции, так как ток двигателей из-за пониженного напряжения в питающей сети на первых позициях недостаточен для трогания с места.
При передвижении электровоза следят за тем, чтобы не повредить кабель; нельзя прикасаться руками к оголенным частям гибкого кабеля. После остановки электровоза и выключения контроллера сначала отключают настенный разъединитель и только тогда дают разрешение отсоединить кабель от розетки (шины) электровоза. Затем машинист переводит разъединители в высоковольтной камере электровоза в поездное положение и, убедившись, что крышевые разъединители включены, поднимает токоприемники.
Дата добавления: 2019-08-31 ; просмотров: 700 ; Мы поможем в написании вашей работы!