Электрическая передача постоянного тока тепловоза

Изобретение относится к тепловозостроению. Электрическая передача постоянного тока содержит тяговый генератор с независимой обмоткой возбуждения, параллельно которому силовым контактом, отключающимся с выдержкой времени, включены тяговые двигатели, контроллер, включающий с первой позиции контактор возбуждения с его силовым контактом, последовательно включенные элементы защиты дизель-генераторной установки, регулируемое сопротивление гашения поля тягового генератора. В проводящем направлении между минусом якоря возбудителя и сопротивлением гашения поля включен диод. Контакторы ослабления возбуждения, включаемые контактами дифференциальных реле первой и второй ступеней, включенных на ток и напряжение тягового генератора, подключают силовыми контактами сопротивления параллельно обмоткам возбуждения тяговых двигателей. Нормально открытые блок-контакты контактора ослабления возбуждения включены параллельно частям регулируемого сопротивления гашения поля тягового генератора, величины рабочих частей которого подбираются таким образом, чтобы значения коэффициента затухания напряжения тягового генератора обеспечивали положительные значения тока якоря тягового двигателя, работающего в режиме ослабленного возбуждения при срабатывании защиты дизель-генераторной установки. 1 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к тепловозостроению.

Известны устройства гашения поля тягового генератора тепловозов с электрической передачей постоянного тока, состоящие из тягового генератора с независимой обмоткой возбуждения, параллельно которому силовым контактом, отключающимся с выдержкой времени, включены тяговые двигатели, контактор возбуждения с его силовым контактом, последовательно включенные защиты дизель-генераторной установки, нерегулируемого сопротивления гашения поля тягового генератора, параллельно включенного силовому контакту контактора возбуждения, а также контакторы ослабления возбуждения, включаемые контактами дифференциальных реле первой и второй ступеней, включенных на ток и напряжение тягового генератора, подключающих силовыми контактами сопротивления параллельно обмоткам возбуждения тяговых двигателей [1].

Для уменьшения подгара силовых контактов контакторов ослабления возбуждения при переходных процессах в цепи тяговых двигателей в схему управления контактора возбуждения тягового генератора введены вспомогательные нормально открытые блок-контакты контакторов ослабления возбуждения тяговых двигателей, исключающие быстрое неавтоматическое снятие нагрузки (отключение контакторов возбуждения генератора на нулевой позиции при включенных контакторах ослабления возбуждения тяговых двигателей) [2].

Также для уменьшения подгара контактов ослабления возбуждения тяговых двигателей вследствие срабатывания защиты в цепи тяговых двигателей или быстрого неавтоматического снятия нагрузки дизель-генераторной установки предусмотрено отключение контакторов возбуждения тягового генератора после отключения контакторов ослабления возбуждения тяговых двигателей [3].

Недостатком двух последних устройств является возможность неконтролируемого трогания тепловоза с запущенным дизелем при принудительном (для проверки) включении контакторов ослабления возбуждения, а также подгар их контактов при срабатывании защит, не охваченных шунтированием нормально открытыми блок-контактами контакторов.

Известно также устройство с последовательно включенным в проводящем направлении между минусом якоря возбудителя и частью регулируемого сопротивления гашения поля диодом и нормально открытыми блок-контактами контакторов ослабления возбуждения, шунтирующими часть защит дизель-генераторной установки [4].

Отключение контактора возбуждения тягового генератора с шунтируемым штатным нерегулируемым сопротивлением величиной 51 Ом его силового контакта при работе тяговых двигателей в режиме ослабленного возбуждения сопровождается более высокой скоростью затухания напряжения тягового генератора по сравнению с затуханием противоЭДС тяговых двигателей и приводит к переходу их в кратковременный тормозной режим с последующим отключением контактов контакторов ослабления возбуждения при превышающих в несколько раз допустимые значения коммутируемых ими в области отрицательных значений токов и напряжений.

Уменьшение величины сопротивления гашения поля приводит к увеличению времени гашения поля тягового генератора при срабатывании защит, не охваченных шунтированием нормально открытыми блок-контактами контакторов ослабления возбуждения при работе тяговых двигателей в режиме полного возбуждения, а также не исключает ввиду различных значений коэффициентов затухания противоЭДС тяговых двигателей при работе на первой или второй ступени возбуждения переход их в кратковременный тормозной режим.

Это устройство (прототип) недостаточно эффективно. Для него характерны одинаковая величина коэффициента затухания противоЭДС тяговых двигателей при работе их в режиме полного и ослабленного возбуждения, коммутация контактов контакторов ослабления возбуждения тяговых двигателей при включенных контакторах возбуждения генератора во время срабатывания защит, не охваченных шунтированием нормально открытых блок-контактов контакторов возбуждения, а также возможность самопроизвольного трогания тепловоза.

Поэтому решаемой задачей является повышение эффективности устройства гашения поля тягового генератора.

Это достигается тем, что в устройстве, содержащем тяговый генератор с независимой обмоткой возбуждения, параллельно которому силовыми контактами, отключающимися с выдержкой времени, включены тяговые двигатели, контроллер, включающий с первой позиции контактор возбуждения с его силовым контактом, последовательно включенные элементы защиты дизель-генераторной установки, регулируемое сопротивление гашения поля тягового генератора, последовательно включенный в проводящем направлении между минусом возбудителя и сопротивлением гашения поля диод, а также контакторы ослабления возбуждения, включаемые контактами дифференциальных реле первой и второй ступеней, включенных на ток и напряжение тягового генератора, которые подключают силовыми контактами сопротивления параллельно обмоткам возбуждения тяговых двигателей, а нормально открытые блок-контакты включены параллельно частям регулируемого сопротивления гашения поля тягового генератора, величины рабочих частей которого подбираются таким образом, чтобы значения коэффициента затухания напряжения тягового генератора обеспечивали положительные значения тока якоря тягового двигателя, работающего в режиме ослабленного возбуждения при срабатывании защит дизель-генераторной установки.

Такое устройство позволяет при отключении возбуждения тягового генератора исключить переход тока якорей тяговых двигателей, работающих в режиме ослабленного возбуждения в область отрицательных значений при срабатывании всех защит не за счет шунтирования их нормально открытыми блок-контактами контакторов ослабления возбуждения, а за счет меньшей скорости затухания напряжения тягового генератора, чем противоЭДС тяговых двигателей, что уменьшает подгар контактов контактора ослабления возбуждения. Такое выполнение обеспечивает характер изменения напряжения тягового генератора при отключении его возбуждения и противоЭДС тяговых двигателей, когда ток их якорей не переходит в область отрицательных значений, а также исключает неконтролируемое трогание тепловоза с запущенным дизелем при принудительном включении контакторов ослабления возбуждения тяговых двигателей.

На чертеже приведена схема устройства гашения поля тягового генератора тепловоза типа ТЭ10.

Устройство имеет тяговый генератор 1 с независимой обмоткой возбуждения 2, параллельно которому силовым контактом 3, отключающимся с выдержкой времени, включены тяговые двигатели 4 (показан один "приведенный" двигатель), контроллер 5, включающий с первой позиции контактор возбуждения 6 с его силовым контактом 7, последовательно включенные элементы защиты дизель-генераторной установки 8, регулируемое сопротивление гашения поля 9 тягового генератора 1, последовательно включенный в проводящем направлении между минусом якоря возбудителя 10 и сопротивлением гашения поля 9 диод 11, а также контакторы ослабления возбуждения 12 и 13, включаемые контактами 14 и 15 дифференциальных реле 16 и 17 первой и второй ступеней, включенных на ток и напряжение тягового генератора 1, силовые контакты 18 и 19 контакторов ослабления возбуждения 12 и 13, которые подключают параллельно обмоткам возбуждения 20 тяговых двигателей 4 сопротивления 21 и 22.

В устройство также входят блок-контакты 23 и 24 контакторов ослабления возбуждения 12 и 13, включенные параллельно частям регулируемого сопротивления гашения поля 9, величины рабочих частей которого подбираются таким образом, чтобы значения коэффициента затухания напряжения тягового генератора обеспечивали положительные значения тока якоря тягового двигателя, работающего в режиме ослабленного возбуждения при срабатывании защиты дизель-генераторной установки.

Устройство работает следующим образом.

При работе тепловоза в режиме тяги с ослабленным возбуждением 2-ой ступени тяговых двигателей 4 контроллером 5 включены контактор возбуждения 6 и его силовой контакт 7, включающий цепь возбудителя 10 и обмотки возбуждения 2 тягового генератора 1, параллельно контакту 7 включено сопротивление 9, а независимой обмотке 2 - диод 11, замкнут силовой контакт 3, включены дифференциальные реле 16 и 17 первой и второй ступеней, их контакты 14 и 15, силовые контакты ослабления возбуждения 18 и 19, включающие параллельно обмоткам возбуждения 20 тяговых двигателей 4 сопротивления 21 и 22, блок-контакты 23 и 24, которые шунтируют часть регулируемого сопротивления гашения поля тягового генератора 9. Защиты 8 дизель-генераторной установки отключены.

При срабатывании защит 8 дизель-генераторной установки или быстром сбросе нагрузки контроллером 5 разрывается цепь питания контактора возбуждения 6 и его силового контакта 7. Благодаря отключающемуся с выдержкой времени силовому контакту 3 цепь тяговый генератор 1 - тяговые двигатели 4 остается замкнутой. Из-за меньшей скорости спадания противоЭДС тяговых двигателей 4 по сравнению с напряжением тягового генератора 1 дифференциальные реле 16 и 17 и их контакты 14 и 15 остаются включенными, обеспечивая питание цепи контакторов ослабления возбуждения 12 и 13. Силовые их контакты 18 и 19 оставляют замкнутой цепь обмотки возбуждения 20 и сопротивлений 21 и 22, а нормально открытые блок-контакты 23 и 24 шунтируют часть сопротивления гашения поля 9, уменьшают коэффициент затухания напряжения тягового генератора 1 до такой величины, что тяговые двигатели 4 не переходят в кратковременный тормозной режим. По мере уменьшения напряжения тягового генератора 1 отключается дифференциальное реле второй ступени 17. Оно своим контактом 15 разрывает цепь питания контактора ослабления 13, что приводит к размыканию его силового контакта 19, отключающего сопротивление в цепи обмотки возбуждения 20 и нормально открытого блок-контакта 24 в цепи регулируемого сопротивления гашения поля тягового генератора 1. Коэффициент затухания тягового генератора 1 увеличивается. Но на такую величину, которая не допускает перехода тяговых двигателей 4 в кратковременный тормозной режим. Тяговые двигатели 4 переходят в режим первой ступени ослабления возбуждения. По мере уменьшения противоЭДС тяговых двигателей 4 отключается дифференциальное реле первой ступени 16, отключая своими контактами 14 контактор ослабления возбуждения 12. Силовые его контакты 18 отключают сопротивление 21 в цепи обмотки возбуждения 20, а нормально открытые блок-контакты 23 включают дополнительную ступень в сопротивление гашения поля 9 тягового генератора.

Коэффициент затухания напряжения тягового генератора 1 становится больше коэффициента затухания тягового двигателя 4. Переходный процесс заканчивается в режиме работы тяговых двигателей 4 на полном возбуждении, когда любое отключение возбуждения тягового генератора 1 не переводит их в краткосрочный тормозной режим.

Переходной процесс отключения возбуждения тягового генератора 1 контактором 7 при срабатывании защит 8 дизель-генераторной установки (см. чертеж) описывается системой уравнений:

где

L - суммарная индуктивность цепи якоря тягового генератора 1 и якоря тягового двигателя 4;

R - суммарное сопротивление цепи якоря тягового генератора 1, якоря тягового двигателя 4 и сопротивлений 21 и 22. При работе тяговых двигателей в режиме ослабления возбуждения первой ступени Rш - сопротивление 21, для второй ступени сопротивление ;

αг, αg - полученные расчетно-экспериментально коэффициенты затухания напряжения тягового генератора 1 и противоЭДС тягового двигателя 4;

- отношение величины сопротивления гашения поля 9 к индуктивности обмотки возбуждения 2 тягового генератора;

- отношение сопротивления обмотки возбуждения 20 к ее Lg индуктивности тягового двигателя 4;

Lов - индуктивность обмотки возбуждения 20 тягового двигателя 4;

Rов - сопротивление обмотки возбуждения 20 тягового двигателя 4;

t - время;

Uo, Eo - допереходные значения напряжения тягового генератора 1 и противоЭДС тягового двигателя 4.

Величины рабочих частей сопротивления поля подбираются таким образом, чтобы значение коэффициента затухания напряжения тягового генератора αг в полученном решении системы уравнений (1)

где

i₁(0) - допереходное значение тока якоря приведенного тягового двигателя 4;

K₁÷К₄ - коэффициенты, в которые входят значения параметров тягового генератора 1 и тягового двигателя 4;

α₁÷α₂ - корни характеристического уравнения системы уравнений (1) обеспечивали положительные значения тока i₁(t) при всех значениях t.

Расчеты на ЭВМ показали, что величина сопротивления гашения поля тягового генератора 14 и 18 Ом соответственно для режима работы тяговых двигателей на второй и первой ступенях ослабления поля решает поставленную задачу.

Источники информации

1. Тепловоз 2ТЭ10Л. Руководство по эксплуатации и обслуживанию. М.: Транспорт, 1984 г. 291 с.

2. Тепловоз 2ТЭ10В. Руководство по эксплуатации и обслуживанию. М.: Транспорт, 1984 г. 430 с.

3. Тепловозы типа ТЭ10М. Руководство по эксплуатации и обслуживанию. М.: Транспорт. 420 с.

4. Гайворонский В.П., Петрушенко С.Н. Электрическая схема тепловоза 2ТЭ10Ут. Электрическая и тепловозная тяга №6, М., 1990 г. с.20-23.

Электрическая передача постоянного тока тепловоза, содержащая тяговый генератор с независимой обмоткой возбуждения, параллельно которому силовым контактом, отключающимся с выдержкой времени, подключены тяговые двигатели, контроллер, включающий с первой позиции контактор возбуждения с его силовым контактом, последовательно включенные элементы защиты дизель-генераторной установки, регулируемое сопротивление гашения поля тягового генератора, включенный в проводящем направлении между минусом возбудителя и сопротивлением гашения поля диод, а также включаемые контактами дифференциальных реле первой и второй ступени, включенных на ток и напряжение тягового генератора, контакторы ослабления возбуждения, подключающие силовыми контактами параллельно обмоткам возбуждения тяговых двигателей сопротивления, отличающаяся тем, что диод включен между минусом якоря возбудителя и свободной частью сопротивления гашения поля тягового генератора, а нормально открытые блок-контакты контактора ослабления возбуждения включены параллельно частям регулируемого сопротивления гашения поля тягового генератора.