Глава пятая
УПРАВЛЕНИЕ ТЯГОВЫМИ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯМИ. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СХЕМЫ ПОДВИЖНОГО СОСТАВА ГОРОДСКОГО ЭЛЕКТРОТРАНСПОРТА
5-1. РЕГУЛИРОВАНИЕ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ
Для главной цепи тягового двигателя при установившемся режиме работы на безреостатной характеристике является справедливым следующее уравнение:
где Μ — вращающий момент двигателя на валу, Н-м; ∆РМ — магнитные и механические потери электродвигателя, Вт; η — к. п. д. передачи.
Мощность двигателя (кВт) при регулировании скорости или силы тяги изменяется и может быть определена по формуле
Зависимость скорости подвижного состава от тока называется скоростной характеристикой v= f(I), а зависимость силы тяги от тока — характеристикой силы тяги FK=f(I). Указанные электромеханические характеристики можно построить по приведенным выше формулам, если известна зависимость магнитного потока двигателя от тока Ф=f(I), называемая характеристикой намагничивания.
Сила тяги, частота вращения и ток двигателя при работе на безреостатной характеристике изменяются в соответствии с характеристиками v=f(I) и F=f(I) автоматически в зависимости от величины сопротивления движению подвижного состава. Однако при пуске или разгоне подвижного состава для реализации требуемых режимов работы указанного регулирования недостаточно.
Регулирование скорости двигателя можно осуществить изменением магнитного потока или подводимого напряжения. Оба способа нашли широкое распространение в практике.
В начальный момент пуска частота вращения двигателя п = 0 и, следовательно, Е = 0. При относительно небольшом суммарном сопротивлении обмотки якоря, последовательной обмотки возбуждения и обмотки дополнительных полюсов включение двигателя на полное напряжение приведет к возникновению опасного для якоря тока, превосходящего номинальный ток в несколько раз. Чтобы не допустить выхода из строя двигателя и обеспечить плавность пуска, т. е. поддерживать пусковой ток в определенных пределах, в главную цепь двигателя включают пусковое (внешнее) сопротивление, которое различным способом в зависимости от выбранной системы управления по мере роста э. д. с. двигателя выводится из цепи якоря до выхода на безреостатную (автоматическую) характеристику полного поля.
Получаемые при этом скоростные характеристики, обычно называемые реостатными, определяются уравнением
Указанный способ связан с потерей части энергии в сопротивлениях. Для снижения пусковых потерь на вагонах метрополитенов и четырехосных трамвайных вагонах серий МТВ-82В и ЛМ-57М при пуске производят переключение двигателей с последовательного на последовательно-параллельное соединение, изменяя таким образом подводимое к ним напряжение.
Скорость подвижного состава после выведения пускового сопротивления и выхода двигателя на безреостатную характеристику регулируют изменением магнитного потока возбуждения. При уменьшении магнитного потока (включении в цепь обмотки возбуждения добавочного сопротивления) получают характеристики ослабленного поля.
Степень регулирования возбуждения характеризуют коэффициентом ослабления поля:
5-2. РАБОТА ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ В ТОРМОЗНЫХ РЕЖИМАХ
При электрическом торможении используется способность тяговых двигателей работать в генераторном режиме.
Электроэнергия, вырабатываемая в процессе электрического торможения, за счет преобразования запасенной при движении кинетической или потенциальной энергии в электрическую поглощается в сопротивлениях на подвижном составе или передается в контактную сеть. В первом случае электрическое торможение называется реостатным, а во втором — рекуперативным.
Тормозная сила (Н) при электрическом торможении в расчете на один двигатель
где Uд — напряжение двигателя в режиме электрического торможения; r'д— сопротивление обмоток двигателя, включенных в цепь электрического торможения.
При реостатном торможении якорь и последовательную обмотку возбуждения отключают от контактной сети и подключают к автономной замкнутой цепи последовательно с тормозным сопротивлением. Возбуждение двигателя осуществляется разными способами: последовательное возбуждение, при котором величина н. с. пропорциональна току нагрузки; независимое возбуждение и противовозбуждение, характеризуемое уменьшением н. с. при увеличении тока нагрузки. Регулирование величины тормозной силы достигается как изменением возбуждения двигателя, так и изменением тормозного сопротивления.
При рекуперативном торможении тяговый двигатель не отключается от сети. Рекуперативное торможение возможно при условии превышения величины э. д. с. двигателя над напряжением контактной сети наличия па линии потребителя электроэнергии. Этот вид электрического торможения используется для снижения скорости подвижного состава на спусках и при подтормаживании. Для увеличения тормозной силы при рекуперативном торможении усиливают магнитный поток возбуждения двигателя.