Электрический пуск теплового двигателя

Электрический пуск теплового двигателя

Для пуска дизеля необходимо привести во вращение коленчатый вал до некоторой угловой скорости, при которой происходит воспламенение топлива от сжатия воздуха в цилиндрах. Пуск дизеля может осуществляться сжатым воздухом, но для этого необходимо иметь достаточный запас его. На большинстве тепловозов применяется электрический пуск дизеля от аккумуляторной бата реи. При электрической передаче в качестве стартерного двигателя используется чаще всего тяговый генератор. При гидравлической, механической и других передачах для этой цели, как правило, используется специальный пусковой двигатель (стартер).

В большинстве случаев на главных полюсах тягового генератора предусматривается специальная пусковая об мотка П (рис. 10.1), не включаемая в цепь тяговых электродвигателей. Генератор присоединяется к аккумуляторной батарее двумя электромагнитными контакторами К1 и К2 и при этом обмотка П включается в цепь тока последовательно с якорем. Таким образом, тяговый генератор при пуске работает как электродвигатель последовательного возбуждения. Цепь обмотки не зависимого возбуждения при этом должна быть разомкнута. Тяговые электродвигатели при пуске дизеля должны быть отключены от аккумуляторной батареи, иначе возможен опасный для батареи толчок тока и, кроме того, тепловоз может сдвинуться с места преждевременно.

Последовательное возбуждение тягового генератора является наиболее рациональным, так как при большом начальном толчке тока магнитный поток быстро возрастает, крутящий момент М достигает высоких значений, что  обеспечивает надежное преодоление начального момента сопротивления на валу дизеля и быстрое ускорение его. Начальный момент Мс сопротивления дизеля, не работавшего в течение некоторого времени, может быть значительно больше, чем при вращении вала, в связи с тем, что слой смазочного масла в подшипниках поршнях и т. п. может быть либо застывшим, либо недостаточным (рис. 10.2). Большое ускорение в начальный момент уменьшает толчок тока, так как прежде, чем ток достигает установившегося значения, в генераторе появляется противо-ЭДС, вследствие чего ток начинает снижаться.

 По мере увеличения угловой скорости вала ток генератора снижается. При последовательном возбуждении генератора это вызывает автоматическое уменьшение магнитного потока, что также необходимо для повышения угловой скорости.

Как известно, электродвигатель последовательного возбуждения не может без реверсирования одной из обмоток перейти на генераторный режим, как бы ни увеличивалась его скорость. Это очень важно при пуске дизеля, так как после воспламенения топлива в цилиндрах скорость вала дизеля быстро увеличивается в 2…3 раза по сравнению со скоростью, при которой начинается воспламенение. Автоматический переход на генераторный режим может вызвать опасный толчок зарядного тока батареи.

Поэтому, несмотря на усложнение конструкции генератора вследствие добавления пусковой обмотки, эта схема пуска является наиболее распространенной. Пусковая обмотка имеет мало витков и вследствие кратковременного режима (пуск занимает несколько секунд) выполняется с относительно малым сечением, так что занимает лишь малую часть обмоточного пространства.

Рекомендуемые материалы

Момент сопротивления дизеля при воспламенении топлива относительно вала зависит от угловой скорости и существенно от температуры самого дизеля, смазочного масла, топлива, воды и т. п. Он приблизительно равен М_С= (0, 15—0,35)М_{м ном}.

Более высокие значения момента сопротивления относятся к низким температурам.–

Скорость, при которой происходит воспламенение топлива цилиндрах, также определяется состоянием дизеля, но в меньшей степени: п_д= (0,1…0,15) п_{д ном}

Как видно из приведенных данных, мощность при пуске составляет малую долю номинальной мощности тягового генератора. для аккумуляторной батареи пуск является весьма тяжелым режимом работы главным образом по току (рис. 10.2). После подключения аккумуляторной батареи ток быстро вырастает до I_{г макс}, затем, по мере увеличения угловой скорости и противо-ЭДС генератора, падает. Более быстрое изменение угловой скорости происходит после воспламенения топлива в одном из цилиндров. Ток I_г1 начала воспламенения приблизительно соответствует требуемому моменту сопротивления М_С0 Количество витков пусковой обмотки должно быть выбрано так, чтобы угловая скорость дизель-генератора при моменте, полученном при неблагоприятных условиях пуска., соответствовала неравенству

,

где R_г – сопротивление цепи якоря генератора, включая. сопротивление пусковой обмотки и проводов между генератором и батареей; U_щ – падение напряжения на щетках; Е_г – определяется по нагрузочной характеристике генератора для тока I_г1.

Так как магнитная цепь генератора при пуске обычно мало насыщена, величина Е_г приблизительно пропорциональна току и количеству витков пусковой обмотки.

Аккумуляторная батарея должна быть также проверена по наибольшему току I_{г макс}. Вследствие падения напряжения батареи и большого ускорения дизель-генератора максимальный ток существенно меньше расчетной величины, получаемой при делении на напряжения батареи на сумму сопротивлений цепи, и его определение расчетными путём затруднительно. По опытным данным пуска различных дизелей I_{г макс}≈(2,5…3)I_г0≈1500…2000 А.

Ещё посмотрите лекцию "21 Идеалы просвещения и их отражение в искусстве" по этой теме.

Тяжелые условия работы аккумуляторной батареи заставляют выбирать ее не по емкости, большая величина которой не требуется и по пуску (при пуске расходуется 2—5 А∙ч), ни по вспомогательным нагрузкам, а по допустимому толчку тока. На тепловозах устанавливаются кислотные или щелочные аккумуляторные батареи и с напряжением 60…64 в и емкостью 450 А∙ч.

Пуск газотурбинной установки. Пуск газотурбинной установки требует большей мощности и является более продолжительным, чем пуск дизеля. Момент сопротивления компрессора составляет значительную часть крутящего момента турбины, а скорость, до которой не обходимо довести вал ГТУ в процессе пуска, значительно выше, чем у дизеля. Высокие ускорения в процессе пуска опасны для лопаток, и в схемах пуска предусматриваются устройства ограничивающие ускорение. Мощность пусковых двигателей составляет 3…7% номинальной мощности, причем бόльшие значения соответствуют ГТУ со свободной тяговой турбиной.

Аккумуляторные батареи непосредственно для пуска ГТУ используются редко, так как они получаются при этом чрезмерно громоздкими. Чаще применяют дизель или турбину небольшой мощности, используемые также для привода вспомогательных машин.

В газотурбовозах с электрической передачей в качестве пускового двигателя применяется тяговый генератор, если он приводится от турбокомпрессора, или его возбудитель, который в этом случае должен быть рассчитан также и на режим пуска ГТУ. Питание генератора G1 (или возбудителя) (рис. 10.3) осуществляется от вспомогательного дизель-генератора ВДВС. Так же, как для пуска дизеля, у генератора (возбудителя) предусматривается последовательная пусковая обмотка L_G1, которая включается в цепь пуска ГТУ при замыкании контакторов К1 и К2.

Для облегчения условий пуска вначале подается в камеры сгорания более легко воспламеняющееся топливо (газойль, дизельное топливо), которое после начального разгона, создания устойчивого факела пламени и достаточного давления в камерах сгорания автоматически заменяется рабочим тяжелым топливом (мазут, дистилляты и т. п.). Нередко вспомогательный дизель-генератор используется также для маневровых перемещений газотурбовоза на станциях и в депо при остановленной ГТУ.