ДОСЛІДЖЕННЯ ХАРАКТЕРИСТИК ТЯГОВОГО - Автоматизація пс ет
ДОСЛІДЖЕННЯ ХАРАКТЕРИСТИК ТЯГОВОГО
4.1. Особливості роботи електровозів подвійного живлення
Електровози подвійного живлення розраховані для живлення електричною енергією двох різних систем струму. Електровози ВЛ82 та ВЛ82 м призначені для роботи при напрузі контактної мережі 3 кВ постійного струму та 25 кВ однофазного змінного струму частотою 50 Гц, мають тягові електродвигуни постійного струму.
Принципова схема силової ланцюга однієї чотиривісної секції електровоза, під час роботи дільниці змінного струму, показано малюнку 4.1,б.
Напруга контактної мережі подається на тяговий електродвигун через однофазний трансформатор та випрямляч. Напруга на тяговому електродвигуні має форму випрямленої синусоїди. Розкладання цієї кривої в ряд Фур'є дає суму постійної складової Ud, що дорівнює середній напрузі за напівперіод, і вищих гармонік напруги. Тому струм двигуна також буде сумою постійної складової і вищих гармонік струму.
Обертальний момент і швидкість обертання тягового електродвигуна визначається середніми значеннями випрямленої напруги та струму. Вищі гармоніки створюють додаткові втрати і тому для їх обмеження в ланцюгу двигуна передбачений реактор, що згладжує. Індуктивність реактора, що згладжує, вибирають так, щоб амплітуда пульсації струму не перевищувала 20-25% від його середнього значення. При цьому вплив пульсацій струму на величину падіння напруги на активному опорі якоря незначно (3-4%) і в умовах лабораторної роботи їм можна знехтувати.
Регулювання швидкості в процесі пуску та розгону електровоза як на ділянках змінного, так і постійного струмів здійснюється перемиканням ступенів реостатів та зміноюугруповання тягових електродвигунів.
Малюнок 4.1
4.2. Особливості роботи тягових двигунів під час живлення від випрямної установки
На електровозі подвійного живлення крім пускорегулюючої апаратури, призначеної для роботи на ділянках постійного струму, встановлюється тяговий трансформатор з напівпровідниковими діодами. На восьмиосному електровозі ВЛ82 встановлено два тягові трансформатори. До вторинної обмотки трансформатора підключено мостову схему випрямлення. На малюнку 4.2 показана принципова схема живлення від випрямної установки одного електродвигуна лабораторної моделі.
Діоди 1-3 працюють у перший напівперіод, а 2-4 – у другий. Випрямлена напруга не залишається величиною постійної, а змінюється за синусоїдальним законом, в межах напівхвиль позитивного знака. Середня випрямлена напруга Ud, що підводиться до електродвигуна, не залишається постійною і залежить від споживаного струму двигуном I.
Швидкість руху локомотива з двигуном постійного струму обчислюється за формулою, км/год,
де Ud - напруга на двигуні, В;
I - Струм двигуна, А;
R – опір обмоток двигуна, Ом;
Ф - магнітний потік, Вб;
С – постійна двигуна та передачі.
З рівняння (4.1) випливає, що швидкість залежить від струму I магнітного потоку Ф та величини випрямленої напруги Ud. Тому при розрахунку швидкісних характеристик двигунів, що працюють від випрямляча, необхідно враховувати зміну. Залежність випрямленої напруги Ud від середньої величини струму випрямленого Id називається зовнішньою характеристикою випрямляча. Для схеми випрямлення з одним підключеним електродвигуном струм Id = I.
Обмотки трансформатора та реакторів маютьіндуктивний та активний опір, у яких виникають втрати напруги, пропорційні випрямленому струму.
В обмотках трансформатора напруга і струм змінюються за величиною і напрямом c частотою мережі живлення (f = 50 Гц). Процес зміни струму в обмотках трансформатора супроводжується комутацією струму у плечах моста. У ланцюгах з індуктивністю струм не може змінюватися миттєво, тому має місце перехідний процес, який називається комутаційним, а тривалість його – інтервалом комутації або кутом комутації. У період комутації струм проходить через усі діоди плечей моста, внаслідок чого вторинна обмотка трансформатора (рисунок 4.2) виявляється замкненою коротко. Випрямлена напруга в цей період дорівнює нулю.
Таким чином, комутація діодів призводить до зменшення середньовипрямленої напруги на величину ∆Udγ, яка називається комутаційними втратами напруги. Сумарні втрати напруги в перетворювачі ∆Uпр складаються із втрат напруги в період комутації ∆Ud, втрат в активному опорі ланцюгів обмоток змінного ∆Ua та постійного ∆Ud струмів:
де ∆Udо – випрямлена напруга холостого ходу, що вимірюється при Id = 0;
∆Uв – падіння напруги в діодах (∆Uв ≈ 1,5 В).
При прийнятому допущенні ∆Uпр ≈ ∆Udγ величина напруги на двигуні Ud в основному залежить від випрямленої напруги холостого ходу та втрат напруги, пов'язаних з комутацією діодів.
4.3. Комутація діодів та її вплив на випрямлену напругу
Під час аналізу процесу комутації діодів приймається повністю згладжений випрямлений струм (без пульсацій), а діоди ідеальні, тобто. у провідному напрямку опір дорівнює нулю, а у зворотному – нескінченності.
До початкукомутації струм Id проходив через діоди 1, 3 (рисунок 4.2 а). Умовно відлік часу ведемо з початку комутації. Під дією ЕРС другого напівперіоду відкриються діоди 2 і 4 і виникне струм короткого замикання (комутації) iк, ланцюг якого вказаний на малюнку 4.2,а.
Комутація закінчиться, коли iк = 2Id. Струм діодів 1, 3 в кінці комутації стає рівним нулю, і вони закриваються. Одночасно струм у діодах 2, 4 на момент ωt = γ досягне значення Id .
У період комутації струм у вторинній обмотці трансформатора
Осцилограма показана малюнку 4.2,г.
Під час комутаційного процесу (при ra = 0) ЕРС трансформатора врівноважується індукованою ЕРС самоіндукції ланцюга трансформатора з індуктивністю La.