Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 3)

В 1971–1972 гг. на независимое возбуждение были переведены по одному электровозу ВЛ60^Р и ВЛ60^К. Проведённые испытания показали, что такая модернизация приведёт к повышению силы тяги по сцеплению на 14–20 %. Это способствовало тому, что в 1974–1975 гг. 400 электровозов ВЛ60^К были переоборудованы на новый тип возбуждения. Однако нашлась одна неприятная особенность. Из-за разности характеристик ТЭД и диаметров бандажей КП имелось значительное расхождение токов ТЭД, что считается недопустимым по условиям нагрева обмоток и недоиспользованию мощности. Электровозам требовались устройства для выравнивания токов якорей. И такие устройства были найдены.

В 1975 г. на опытном электровозе ВЛ60^К-2143 применена система автоматического выравнивания нагрузок параллельно включённых ТЭД. Это позволило использовать независимое возбуждение на всём диапазоне скоростей не только на ВЛ60^К, но и на ВЛ80^Т, ВЛ80^РН и ВЛ84. Однако и эта система была не лишена недостатков. Выравнивание силы тяги всех тяговых электродвигателей способствует возникновению избыточного скольжения у колёсных пар, имеющих наименьшую нагрузку. Это не позволяет в полной мере использовать тягово-сцепные свойства электровоза.

Кроме независимого возбуждения создавались и другие противобоксовочные схемы. Одной из них является схема подпитки ОВ от другого источника, представленная на рисунке 1.5.

Рисунок 1.5 – Схема смешанного возбуждения ТЭД с преобразователем и
стабилизирующим резистором

Для препятствования изменения тока возбуждения в тяговом режиме использовался вращающийся преобразователь B. При срыве сцепления уменьшался ток двигателя, но увеличивался у преобразователя, тем самым препятствуя уменьшению тока возбуждения и в свою очередь повышая жёсткость тяговых характеристик. Этот вариант был испытан на электровозе ВЛ22^М-1545 в 1959 г, но система развития не получила из-за проблем при параллельном подключении ТЭД, а именно высоких значений токов.

В 1957 г. электровоз ВЛ22^М-1542 был модернизирован на смешанное возбуждение с секционированием ОВ, схема которого представлена на рисунке 1.6. Немного позднее такую же модернизацию прошёл электровоз ВЛ8-157. Испытания данной схемы показали прирост тяги на 12–15 %, но из-за усложнения конструкции ТЭД распространения не получила.

Рисунок 1.6 – Схема секционирования обмоток возбуждения ТЭД

В 1966–1967 гг. на электровозе ВЛ60-350 была испытана схема автоматической стабилизации сцепления (АСС). По своему смыслу данная система обеспечивала переход от мягкой характеристики к жёсткой в момент определённого значения величины проскальзывания КП. Испытания показали значительное увеличение силы тяги на 16–18 % и существенное сокращение расхода песка. Однако реализовать систему возможно было только на игнитронных выпрямителях, которые были сняты с производства в 1965 г.

В дальнейшем систему АСС приспособили к электровозам на кремниевых выпрямителях. Для этого была реализована схема подпитки обмотки возбуждения через управляемый выпрямитель, представленная на рисунке 1.7. Принцип заключается в поддержании тока возбуждения на постоянном уровне за счёт подпитки током от трансформатора. Схема получилась универсальной и допустима к установке как на электровозах постоянного тока, так и для переменного. Высокие показатели эффективности по сравнению со схемой независимого возбуждения поставили схему последовательно-независимого возбуждения в разряд наиболее перспективных. Однако в 1976 г. была выявлена повышенная склонность схемы к образованию кругового огня по коллектору и впоследствии работы по внедрению системы прекращены.

Рисунок 1.7 – Схема последовательно-независимого возбуждения тягового электродвигателя

Ещё одна противобоксовочная схема представлена на рисунке 1.8. Принцип работы схемы заключается в том, что при шунтировании ОЯ возрастает ток возбуждения и ЭДС двигателя, а ток якоря и соответственно сила тяги падают. К недостатку и как следствие к нецелесообразности применения относят значительные потери энергии на шунтирующем резисторе.

Рисунок 1.8 – Схема шунтирования ОЯ резистором

Подпитка обмоток возбуждения током якорей также возможна по схеме, изображённой на рисунке 1.9. В этой схеме ток возбуждения превышает ток якоря в два раза и регулируется шунтирующей цепью. Результаты испытаний показали улучшение сцепных свойств и повышение силы тяги на 15–17 %. Однако этой системе дополнительно требуется устройство выравнивания токов возбуждения, что и считается главным недостатком.

Рисунок 1.9 – Схема подпитки ОВ от параллельной ОЯ

Система электрического спаривания осей [21] применима тогда, когда два ТЭД или более соединены параллельно. Исторически сложилось несколько реализаций системы ЭСО, представленные на рисунке 1.10.

Рисунок 1.10 – Разновидности систем ЭСО: а – с глухим соединением;
б – со встречно-параллельными диодами; в – с уравнительным резистором; г – с контактором

При глухом соединении средних точек параллельных ТЭД (рисунок 1.10, а) происходит протекание уравнительных токов в режиме без боксования за счёт разности параметров ТЭД, к примеру падения напряжения на ОВ. Это приводит к неравномерности распределения нагрузок между тяговыми двигателями. Аналогичный недостаток уже рассматривался при независимом возбуждении ТЭД.

В целях исключения данного недостатка была предложена схема со встречно-параллельными диодами (рисунок 1.10, б). Таким образом создавался нижний порог напряжения, который препятствовал протеканию уравнительных токов, если разность потенциалов между средними точками не превышала 1,0–1,5 В. Учитывая тот факт, что падение напряжения на обмотках возбуждения обычно составляет 10–20 В, этого порогового напряжения достаточно для компенсации разброса характеристик ТЭД. Однако эта схема имела недостаток. При срыве одной КП в боксование, происходит подпитка ОВ связанного с ней ТЭД уравнительным током от второго ТЭД. В свою очередь сила тяги на втором ТЭД существенно возрастает, что зачастую приводит к возникновению боксования на его колёсной паре.

Исследование схемы с уравнительным резистором (рисунок 1.10, в) показало неудовлетворительные результаты. Небольшие значения уравнительного сопротивления приводили к значительной неравномерности распределения токов по параллельным ветвям ТЭД, а при увеличении уравнительного сопротивления эффективность использования схемы сводилась к нулю.

На электровозах ВЛ10 и ВЛ60^К испытывалась уравнительная схема с контактором, срабатывающим по сигналу с датчика боксования (рисунок 1.10, г). По результатам испытаний было получено, что использование системы ЭСО позволит улучшить тяговые свойства на 10–13 %.

Разработки и исследования современных учёных в области противобоксовочных систем позволили спроектировать такие системы как противобоксовочная система с использованием накопителей энергии, система защиты от боксования за счёт изменения алгоритма управления выходными каскадами усилителей блока управления выпрямительно-инверторным преобразователем и другие.

В работе Н.С. Охотникова [3] предлагается интересный вариант реализации противобоксовочной системы на базе накопителя энергии. Схемная реализация предложенной системы представлена на рисунке 1.11.

Рисунок 1.11 – Схема подключения накопителя энергии к обмотке возбуждения ТЭД

Чтобы улучшить противобоксовочные свойства ТЭД последовательного возбуждения, сохранив при этом его мягкие характеристики, предложено параллельно обмоткам возбуждения каждого ТЭД электровоза подключить конденсаторный накопитель энергии большой ёмкости. В установившемся режиме, когда ток якоря i не меняется, напряжения на обмотке возбуждения и на накопителе энергии одинаковы. Ток подпитки i_к отсутствует, поэтому ток возбуждения i_в равен току якоря i как и при последовательном возбуждении. При этом накопитель не оказывает влияния на характеристику ТЭД и она остаётся мягкой.

При возникновении боксования колёсной пары частота её вращения увеличивается. Соответственно это приводит к увеличению ЭДС двигателя и снижению тока, протекающего по обмоткам ТЭД. В свою очередь падение напряжения на обмотке возбуждения становится меньше напряжения на накопителе, что приводит к его разряду через обмотку возбуждения, одновременно препятствуя снижению тока возбуждения. Тем самым происходит увеличение жёсткости тяговой характеристики и параллельно с этим кратковременный сброс силы тяги боксующего ТЭД, в результате чего боксование предотвращается в самом начале. При этом отпадает необходимость в установке дополнительных датчиков и коммутационных аппаратов для подавления начавшегося боксования путём перехода на жёсткую характеристику и обеспечивается высокое быстродействие схемы.

Таким образом переход на жёсткую характеристику производится только при боксовании, а разброс токов параллельно соединённых ТЭД при отсутствии боксования останется таким же, как и при последовательном возбуждении. Исходя из этого схема с накопителем энергии не требует применения устройств выравнивания нагрузок ТЭД, что выгодно отличает её от других противобоксовочных схем, направленных на увеличение жёсткости характеристик ТЭД.

В рамках дипломного проекта наибольшее внимание будет уделено системе электрического спаривания осей электровоза [6], которая будет модернизирована на современную элементную базу. Более подробно о ней расписано в 3 разделе дипломного проекта.

2 АНАЛИЗ СИЛОВОЙ СХЕМЫ ЭЛЕКТРОВОЗА 2ЭС5К

В конце ХХ века на железных дорогах переменного тока России в своём преобладающем большинстве эксплуатировались электровозы ВЛ60 и ВЛ80. Морально и технически устаревшие модели нуждались в скорейшей замене.

В начале 2000-х годов всероссийский научно-исследовательский институт электровозостроения (ВЭлНИИ) разработал новую серию электровозов, которая и была предназначена для обновления парка локомотивов переменного тока. Этим электровозом стал 2ЭС5К «Ермак». В ноябре 2004 года был выпущен первый экземпляр, а к 2006 году эти локомотивы были запущены в серийное производство.

Двухсекционный электровоз «Ермак» предназначен для работы на сети железных дорог переменного однофазного тока частоты 50 Гц с номинальным напряжением 25 кВ. Более расширенные технические данные представлены в таблице 2.1. В данном разделе будет произведено исследование силовой схемы 2ЭС5К на предмет допустимости модернизации системой ЭСО.

Таблица 2.1 – Параметры электровоза 2ЭС5К

Окончание таблицы 2.1

Силовая схема электровоза 2ЭС5К представлена на рисунке 2.1.

Условно электрическую схему можно разделить на несколько цепей:

- электрические цепи первичной обмотки тягового трансформатора;

Характеристики

Список файлов ВКР