Содержание материала

Классификация ЭПС по тяговым двигателям (ТЭД)
К ТЭД ЭПС предъявляются следующие требования:

  1. возможность реализации больших мощностей в ограниченных габаритах;
  2. возможность регулирования скорости и силы тяги в широких пределах;
  3. простота конструкции и надежность работы.

Классификация ТЭД ЭПС с указанием предельных значений их параметров приведена на рис. 1.5. Для удельной массы ТЭД указаны два значения, соответствующие лучшим зарубежным и отечественным образцам.


Рис. 1.5. Классификация ТЭД

В настоящее время на ЭПС наиболее распространены коллекторные ТЭД постоянного тока и пульсирующего тока, которые имеют хорошие тяговые свойства и отличаются простотой регулирования. Их недостатки связаны с наличием коллектора, который увеличивает стоимость изготовления и трудоемкость эксплуатации ТЭД, ограничивает активную длину якоря и мощность ТЭД, а также лимитирует максимальную скорость вращения. Сила тяги и скорость таких ТЭД регулируется изменениями UR и Is.
Особенностью коллекторных ТЭД однофазного тока является наличие трансформаторной ЭДС в коммутируемой секции обмотки якоря. Для ограничения этой ЭДС понижают частоту питающего напряжения и уменьшают магнитный поток. Чтобы обеспечить требуемую мощность ТЭД, приходится увеличивать число полюсов до 14—16. Соответственно возрастает количество щеткодержателей.
Условия коммутации ограничивают величину напряжения до 250—500 В. Для реализации необходимой мощности приходится увеличивать ток двигателя и, следовательно, увеличивать длину коллектора и количество щеток в каждом щеткодержателе. Все это существенно удорожает стоимость изготовления и технического обслуживания однофазных коллекторных ТЭД.
В настоящее время однофазные коллекторные ТЭД пониженной частоты используются только на ЭПС старой конструкции. На новых ЭПС пониженной частоты применяют коллекторные ТЭД пульсирующего тока или асинхронные. Однофазные коллекторные ТЭД нормальной частоты в настоящее время сняты с эксплуатации вследствие того, что их мощность недостаточна, а надежность низка. Синхронные (вентильные) ТЭД нашли применение главным образом на скоростных поездах TGVA французских железных дорог. Система управления синхронных ТЭД предусматривает изменение частоты и напряжения на двигателе fд и Uд. Коэффициент мощности регулируют изменением Iв.
Преимущества такого ТЭД: отсутствие коллектора снимает ограничение мощности при высоких скоростях, дает возможность повышать напряжение на двигателе, которое лимитируется только изоляцией, позволяет регулировать коэффициент мощности.
Недостатки: сложность системы управления и необходимость синхронизации управления тиристорами с положением ротора, что требует отдельного преобразователя напряжения и частоты на каждый тяговый двигатель.

Асинхронные ТЭД с фазным ротором применялись на ЭПС в США в начале века. Их скорость регулировали изменением сопротивления в цепи ротора.
В настоящее время на ЭПС используются асинхронные короткозамкнутые ТЭД, которые имеют самую простую конструкцию и низкую стоимость, однако они требуют применения сложной системы управления, обеспечивающей плавное регулирование частоты и напряжения. Несмотря на это, ЭПС с асинхронными ТЭД выпускают ряд ведущих электровозостроительных фирм (Siemens, ABB, Ansaldo, Toshiba).
Оптимальные параметры коллекторных ТЭД обеспечиваются при отношении номинального напряжения к номинальному току около 1 Ом. Для синхронных и асинхронных ТЭД это соотношение составляет 1,2 Ом и 2 Ом соответственно.