Тяговою характеристикою називається залежність сили тяги на обід колеса, що створюється всіма
Положення тягової характеристики визначається як властивостями самих тягових двигунів, так і особливостями конструкції рухомого складу та його електроустаткування. Крім того, на тягову характеристику завжди накладається ряд обмежень, робота за межами яких або неможлива або може призвести до пошкодження рухомого складу або аварії. Для високошвидкісного рухомого складу з асинхронними тяговими двигунами справедливі такі обмеження:
-зчеплення коліс з рейками (у зоні низьких швидкостей);
-за максимальною потужністю тягових двигунів;
-за максимальною швидкістю;
-за максимальною величиною ковзання ротора (проявляється переважною на епс з V 350км/год).
-за потужністю системи електропостачання.
Якщо для високошвидкісних ліній, електрифікованих на змінному струмі, ця проблема не актуальна, то для поширеного в даний час багатосистемного рухомого складу, здатного йти по застарілих лініях постійного струму з системою 1,5 кВ і 3 кВ, це обмеження діє в зоні гіперболічної частини характеристики.
Система автоматичного керування електропоїзда налаштована таким чином, щоб сила тяги, що реалізується, при будь-якій швидкості не виходила за межі зазначених обмежень, чим забезпечується експлуатаційна надійність.
Як приклад розглянуто тягові характеристики поїзда «Сапсан»
Тягові характеристики швидкісних електропоїздів «Сапсан» ЕВС1 (2) (потужність ТЕД) 8000 кВт)
Тягова характеристика має кілька характерних ділянок, форма яких визначається фізичнимихарактеристиками тягового приводу та поїзда, а також алгоритмом управління системи автоматичного регулювання.
- на відрізкуа-в під час руху з малою швидкістю підтримується постійна сила тяги.
- на відрізкув-с (до швидкості 98 км/год) здійснюється плавне регулювання, зі зниженням сили тяги. Така форма кривої визначається фізичним процесом – реалізацією сили тяги зі зчеплення. Для того щоб у процесі пуску не виникло боксування колісних пар, сила тяги підтримується на рівні, меншому ніж обмеження по зчепленню, з необхідним запасом. Так крива обмеження зі зчеплення має тенденцію до зниження у міру збільшення швидкості, система автоматичного управління знижує силу тяги з метою підтримки цього запасу. На всій ділянціа-в-с на затискачах асинхронних тягових трифазних тягових електродвигунів (АТЭД) збільшуються напруга і частота. Можна сказати, що в цьому режимі здійснюється частотне регулювання швидкості тягових двигунів, хоча система управління і працює за іншим алгоритмом - принципом так званого «векторного управління», суть якого полягає в безпосередньому регулюванні кута навантаження АТЭД, що дозволяє безпосередньо регулювати момент, що обертає. Однак закони частотного управління при цьому все одно дотримуються. Напруга на затискачах двигунів підвищується за рахунок збільшення коефіцієнта заповнення ШІМ (широтно-імпульсної модуляції), а магнітний потік залишається приблизно постійним, тобто АТЕД працює з постійним збудженням.
Ділянка c – d
На швидкості 98 км/год потужність та напруга тягового двигуна досягають номінального значення. Подальше регулювання напруги стає неможливим, і тяговий інвертор (PWR) забезпечує приблизно постійну вихідну напругу. Дляподальшого збільшення швидкості на ділянці c-d проводиться збільшення частоти при постійній напрузі. Не дає можливість підтримувати на постійному рівні силу тяги, лише потужність ТЕД. Так як
то при постійній потужності сила тяги зі збільшенням швидкості знижується обернено пропорційно (ділянкаc-d ).
Так як величина потоку асинхронної машини обернено пропорційна частоті, то можна сказати, що на швидкостях 98-250 км/год АТЕД працює з ослабленим полем. Швидкість 250 км/год є в даний час граничною для електропоїздів ЕВС 1(2), хоча тягові властивості дозволяють збільшувати швидкість і надалі.
Для того, щоб оцінити, яку швидкість може розвинутий електропоїзд у тих чи інших умовах, на тягові характеристики нанесені криві опору руху: для руху на майданчику та для руху з підйому з величиною 10 0 /00. Оскільки сила тяги зі збільшенням швидкості падає, а сила опору руху зростає (насамперед, за рахунок аеродинамічної складової), то в точці, де ці криві перетнуться, сила тяги дорівнює силі опору руху. Це означає, що поїзд перестав розганятись і рухається рівномірно. Якщо до основного опору руху, що визначається силами тертя, додається опір від підйому, крива, що результує, піде вище. З малюнка видно, що на майданчику (ділянці колії без підйому) точка перетину кривих 100% потужності та опору руху відповідає швидкості понад 300 км/год, що говорить про принципову можливість досягнення поїздом такої швидкості при знятті обмежень. Якщо ж поїзд рухається на підйомі крутістю 10 0 /00, точка перетину відповідає швидкості 235 км/год, вище за яку на такому підйомі поїзд не розженеться.
Тягові характеристики поїзда використовуютьсяпри інженерних розрахунках, які називаються тяговими. Мета тягового розрахунку - побудувати криву (траєкторію) руху поїзда, що представляє собою залежності v(s) і t(s). За ними можна визначити час ходу, і надалі – побудувати графік руху поїздів. Також, використовуючи наведені нижче струмові характеристики, можна зробити попередній розрахунок витрати електроенергії на потяг і визначити навантаження на тягову мережу.