Електропоїзд ЕР2, ЕР2Р, Електричне гальмування
Опис електропоїздів та електровозів, розклад поїздів, фотографії
Загальні відомості. Тягові двигуни, як відомо, мають властивість оборотності, тобто можуть працювати як двигунами, так і генераторами. Переведення машини з рухового режиму в генератор можна здійснювати різними способами: зменшуючи напругу мережі, збільшуючи е. д. с. машини шляхом підвищення частоти обертання якоря чи збільшуючи магнітний потік.
Для того щоб двигун міг тривалий час працювати в генераторному режимі, необхідно до валу його якоря прикласти зовнішній крутний момент. Такий момент створюється під час руху електропоїзда на спусках або на майданчику. У цьому випадку тягові двигуни, що працюють в генераторному режимі, створюють гальмівні зусилля.
Електрична енергія, що генерується тяговими машинами при гальмуванні, може бути розсіяна в резисторах у вигляді теплової енергії або віддана контактну мережу. Розрізняють три види електричного гальмування: реостатне, рекуперативне та змішане (реостатно-рекуперативне). При рекуперативному гальмуванні електрична енергія віддається контактну мережу. Електричне гальмування дозволяє зменшити знос гальмівних колодок і бандажів і значною мірою зменшує забруднення електрообладнання та верхньої будови колії металевим пилом.
Розглянемо утворення гальмівного моменту двигуна, що працює у генераторному режимі. На рис. 165 а показана схема електричної машини, що працює двигуном; Мал. 165 б ілюструє схему цієї ж машини, але ланцюг якоря розімкнена. У цьому обертання якоря збережено, але збудження здійснюється від стороннього джерела струму. Магнітне поле полюсів показано цьому ж малюнку.
Під дією зовнішньої сили (рухпо спуску) якір машини обертається в магнітному полі, отже, у його провідниках наводиться е. д. с. Замкнемо ланцюг якоря на резистор (реостатне гальмування), при цьому в його обмотці потече струм, а навколо обмотки якоря виникне магнітне поле (рис. 165, в). Об'єднавши два магнітні потоки (див. рис. 165, бив), отримаємо результуюче магнітне поле (рис. 165, г). Згущення силових ліній зліва і розрядження їх справа призведе до появи електромагнітних сил £я. Розглядаючи рух електропоїзда по спуску, коли якір обертається від колісної пари, можна сказати, що електромагнітна сила £я перешкоджає обертанню якоря, ніби намагаючись зупинити якір. Внаслідок цього відбувається гальмування поїзда. З рис. 165, б, і можна встановити, що чим більше струм якоря Iя і магнітний потік Ф, тим сильніший гальмівний момент якоря Мт = ЯФ. отже, формула справедлива для підрахунку крутного моменту в гальмівному режимі.
Якщо вивідні кінці якоря машини показані на рис. 165 г відключити від резистора і підключити до контактного проводу, то отримаємо найпростішу схему рекуперативного гальмування.
Реостатне гальмування. Як було зазначено вище, при реостатному гальмуванні тягові двигуни, що працюють у генераторному режимі, підключають до гальмівних резистори. У цьому е. д. с. двигунів врівноважується падінням напруги в резисторах та самих тягових двигунах. Рівняння електричної рівноваги має вигляд
де V - швидкість поїзда при реостатному гальмуванні;
/?т - Опір гальмівного резистора, віднесене до одного тягового двигуна.
Мал. 165. Схеми, що пояснюють утворення гальмівної сили при переході з тягового на генераторний режим роботи тяттпзого двигуна
У цьому режимі тягові двигуни не пов'язані з контактним проводом таскладають незалежний ланцюг, замкнутий на резистори. Реостатне гальмування особливо ефективно при низьких швидкостях руху поїзда, коли тягові двигуни, що працюють у генераторному режимі, не в змозі створювати е. д. с, велику напругу контактної мережі.
Реостатне гальмування може здійснюватися із самозбудженням або із незалежним збудженням тягових двигунів.
Реостатне гальмування із самозбудженням тягового двигуна. Для його здійснення необхідно, щоб при переході з рухового режиму (рис. 166, а) в генераторний, що викликає зміну напрямку струму в якорі обмотці, не змінювалося напрям струму в обмотці збудження. Якщо двигун просто замкнути на резистор, напрям струму в обмотці збудження зміниться і струм розмагнітить двигун, що з'явився, тоді реостатне гальмування стане неможливим. Тому при реостатному гальмуванні кінці обмотки збудження перемикають так, як показано на рис. 166, б. Взаємний зв'язок між струмом, е. д. с. та магнітним потоком двигуна при незмінній швидкості поїзда виражається рівнянням Е = CФv = / (гд + Яг), складові якого можна зобразити графічно. Крива 1 (рис. 167) виражає залежність е. д. с. Е при постійній швидкості руху, а пряма 2 - Залежність падіння напруги в ланцюзі від струму. Перетин ліній / і 2 (точка С) визначає режим роботи, що встановився.
Задаючи значення швидкості руху, можна побудувати безліч кривих Е (/). Перетин цих кривих з прямою 2 визначає опір Рт: в гальмівному ланцюзі за позиціями. Число гальмівних позицій вибирають, як і під час пуску, задаючись межами коливань гальмівного струму від найбільшого значення /тах до найменшого /т1п. Межі коливань і середній гальмівний струм вибирають виходячи з тих же міркувань, що йвизначення меж пускових струмів, але з урахуванням додаткового обмеження максимально допустимої напруги.
Небезпека надмірного підвищення напруги пов'язана з тим, що при реостатному гальмуванні бажано реалізувати великі гальмівні сили за високих швидкостей руху. У умовах е. д. с. двигуна буде велика, оскільки двигун повинен працювати при сильному магнітному полі та великій частоті обертання якоря.
Мал. 166. Запитані схеми переходу на реостатне гальмування із самозбудженням
Мал. 167. Залежно е. д. с. Е та падіння
напруги в ланцюгу від струму / при реостатному гальмуванні із самозбудженням
Максимальна допустима швидкість початку гальмування при струмі /
fmax = [tW + '(Ая + Ят)1/(СФ),
де t/max - найбільша допустима напруга іа двигуні.
Якщо останнє рівняння підставити значення СФ = (U — IRA)/v, отримаємо формулу, визначальну обмеження швидкості при реостатному гальмуванні,
де v - швидкість руху при тяговому режимі і напрузі іа двигунах U.
Реостатне гальмування застосовують на електропоїздах ЕР2Р при швидкостях руху нижче 50 км/год.
Реостатне гальмування із незалежним збудженням. Для прискорення збудження в окремих випадках перед рекуперативним гальмуванням, а також у випадках зриву гальмування рекуперативного застосовують реостатне гальмування з незалежним збудженням. У зоні високих швидкостей це роблять із метою зменшення міжламельної напруги на колекторі тягових двигунів. Однак тягові двигуни 1ДТ-003, встановлені на електропоїздах ЕР2Р, відрізняються великою стійкістю комутації, і, як правило, таке обмеження не потрібне.
Рекуперативне гальмування. Електроенергія, що повертається до контактноїмережу, може бути використана для живлення тягових двигунів інших електропоїздів та електровозів, що працюють у тяговому режимі. За відсутності споживачів електроенергія, що рекуперується, повинна на тяговій підстанції передаватися в мережу живлення за допомогою спеціальних пристроїв — інверторів. Якщо таких пристроїв на тягових підстанціях відсутні, відбудеться зрив рекуперативного гальмування.
Рекуперативне гальмування зазвичай дозволяє загальмувати поїзд до повної зупинки, оскільки э. д. с. генеруючої машини при малих швидкостях може бути підтримана колишньому рівні, т. е. рекуперативне гальмування можливе за умови, що е. д. с. тягового двигуна або сума е. д. с. послідовно включених тягових двигунів більше напруги контактної мережі. Струм рекуперації
де N - Число послідовно з'єднаних тягових двигунів; Е - е. д. с. одного тягового двигуна;
2г - сумарний опір ланцюга якорів тягових двигунів.
На електропоїздах ЕР2Р живлення обмоток збудження виробляється від статичного перетворювача.
За допомогою контактора обмотки збудження двигунів приєднуються до статичного збудника. Трифазний генератор, що обертається, через трансформатор збудження подає напругу на статичний, збудник; включаються контактори Т (рис. 168) та Л KT; вводиться в дію система автоматичного керування гальмуванням (САУТ), яка видає керуючі імпульси на тиристори Tri-Ттб статичного збудника. Схема перемикається в режим реостатного гальмування із незалежним збудженням двигунів. При цьому струм збудження і струм обмоток якорів двигунів будуть зростати, і, коли напруга на обмотках якорів чотирьох послідовно з'єднаних двигунів наблизиться до напруги контактної мережі,
Мал. 168. Спрощена схема електричного гальмування моторного вагона електропоїзда ЕР2Р
тане реле рекуперації і ввімкнеться лінійний контактор ЛК. Після включення лінійного контактора ЛК відключається гальмівний контактор Т, розриваючи ланцюг реостатного гальмування - цим закінчується перехід рекуперативне гальмування.
Коли струм збудження досягає 250 А, САУТ переводить силові ланцюги у зворотній послідовності з рекуперативного режиму гальмування в режим реостатного гальмування.
Регулювання також піддається реле моторного струму (РМТ). Практично неминуча відмінність у уставках реле максимальної напруги, що знаходяться на різних вагонах, призводить до того, що одна частина моторних вагонів поїзда може працювати в режимі рекуперативного гальмування, а інша в режимі реостатного гальмування з незалежним збудженням.
Щоб ефективно використовувати рекуперативне гальмування, необхідно покращувати налагодження ланцюгів рекуперативного гальмування, навчати локомотивні та ремонтні бригади передовим методам регулювання апаратури та керування електропоїздом при рекуперативному гальмуванні.
При коригуванні технологічної карти налаштування ланцюгів рекуперативного гальмування основну увагу слід звертати на посилення параметрів, норм і допусків при ремонті обладнання та вузлів електропоїзда, що впливають на стійкість цих ланцюгів. Зокрема, особливу увагу приділяють підбору тягових двигунів та колісно-моторних блоків за характеристиками. Стабільність характеристик колісно-моторних блоків впливає не тільки на витрату електроенергії, але і на стійкість комутаційної роботи тягових двигунів, особливо в режимі рекуперативного гальмування.
Порушення стабільності характеристик збудників та опорів ланцюгів обмотокзбудження призводить до значних кидків струму, а в окремих випадках і відключення захисту тягових двигунів.