Электрическая схема тяговых двигателей постоянного тока

Глава VIII. ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СХЕМА

VIII.1. Функциональные схемы электропередачи

Тепловоз 2ТЭ116 выполнен с электропередачей переменно-постоянного тока, способной работать в режимах тяги и электродинамического торможения.

В тяговом режиме переменное шестифазное напряжение тягового генератора Г (рис. 147) выпрямляется установкой НУ и подается на шесть параллельно включенных тяговых электродвигателей 1—б последовательного возбуждения, приводящих тепловоз в движение. К тяговому генератору электродвигатели подключаются с помощью шести электропневматических поездных контакторов П1—Пб. Кроме того, тяговый генератор обеспечивает питание переменным током асинхронных электродвигателей вентиляторов холодильника и охлаждения тяговых двигателей.

Скорость тепловоза и тяговое усилие регулируются изменением возбуждения тягового генератора и частоты вращения- вала дизеля, задаваемой контроллером машиниста. Для расширения диапазона скоростей тепловоза, при которых используется полная мощность дизеля, применены две ступени ослабления возбуждения тяговых электродвигателей — 60 (ОП1) и 37 % (ОП2). Ослабление возбуждения осуществляется подключением резисторов СШ1—СШб параллельно обмоткам возбуждения тяговых двигателей с помошью групповых контакторов KUJ1 и КШ2.

Направление движения тепловоза зависит от направления тока в обмотках возбуждения тяговых электродвигателей. Оно изменяется при переключении контактов реверсора ПР.

В качестве источника возбуждения тягового генератора применен однофазный синхронный генератор переменного тока (синхронный возбудитель) СВ, напряжение которого выпрямляется в управляемом выпрямителе УВВ и подается на обмотку возбуждения тягового генератора. Выпрямленное напряжение регулируется изменением момента открытия управляемых вентилей (тиристоров), установленных в двух плечах моста У ВВ.

Система регулирования возбуждения тягового генератора предназначена для поддержания постоянной мощности в рабочем диапазоне его внешней характеристики, а также для ограничения тока и напряжения тягового генератора при превышении ими максимально допустимых значений. Осуществляется это совместной работой объединенного регулятора дизеля, тахометрического блока задания возбуждения БЗВ, узла обратной связи по току и напряжению генератора, селективного узла СУ и блока управления возбуждением БУВ.

Объединенный регулятор дизеля поддерживает установленную частоту вращения вала дизеля и совместно с индуктивным датчиком ИД и тахометрическим блоком БЗВ заданный по позициям контроллера уровень мощности. Узел обратной связи по току и напряжению генератора состоит из трансформаторов постоянного тока (ТПТІ—ТПТ4) и напряжения (ТПН1) с выпрямительными мостами на выходе.

Выходные напряжения узла обратной связи подаются на потенциометры ССУ1 селективного узла. На потенциометры ССУ1, СИД и ССУ2 селективного узла напряжение подается от блока БЗВ.

Напряжение задания, снимаемое с потенциометров ССУ2 и СИД, сравнивается в трех электрических цепях (каналах) с напряжениями узла обратной связи ССУ]. Получаемый при этом сигнал рассогласования подается в блок управления возбуждением БУВ. Последний формирует и подает управляющие импульсы на тиристоры управляемого выпрямителя УВВ, определяя момент и продолжительность их открытия, а тем самым и ток в обмотке возбуждения генератора. Для компенсации падения напряжения в цепи обмотки возбуждения возбудителя при возрастании тока возбуждения применена схема подпитки возбудителя током узла коррекции, состоящего из трансформатора ТК и выпрямительного моста БСТ1.1.

При выходе из строя системы автоматического регулирования возбуждения предусмотрен аварийный режим, при котором переключателем шунтируются тиристоры управляемого моста УВВ и последний работает как обычный неуправляемый выпрямитель.

В режиме электродинамического торможения (ЭДТ) тяговые двигатели, возбуждаемые тяговым генератором и вращающиеся благодаря инерции движения поезда, работают как генераторы. При этом кинетическая энергия поезда преобразуется в электрическую, рассеиваемую в тормозных резисторах. Функциональная схема электропередачи в этом режиме изображена на рис. 148.

Якорь каждого тягового электродвигателя подключается к отдельной группе резисторов тормозного блока СТ1-СТ24 через соответствующий один из поездных контакторов 777—Пб.

Для охлаждения тормозных резисторов используются вентиляторы с электродвигателями МВТ], МВТ2 постоянного тока, имеющими последовательное возбуждение. Секции а—б тормозных резисторов, с которых снимается напряжение для питания этих электродвигателей, включены параллельно с помощью уравнительных соединений.

Обмотки возбуждения ОВ1—ОВ6 тяговых электродвигателей соединяются последовательно и подключаются к выпрямительной установке ВУ с помощью контактора 117, получая питание от тягового генератора.

Для поддержания уровня напряжения тягового генератора необходимо для питания асинхронных электродвигателей вспомогательных механизмов, и большей устойчивости регулирования в цепь обмоток возбуждения тяговых электродвигателей включены балластный резистор СБТ и соединенные параллельно секции а—б тормозных резисторов. Напряжение тягового генератора пропорционально сумме падений напряжения на этих резисторах. В балластном резисторе падение напряжения определяется током возбуждения /„, в тормозных резисторах — током якорей электродвигателей /м. Благодаря этому поддерживается примерно постоянное значение линейного напряжения тягового генератора во всем рабочем диапазоне скоростей тепловоза. В области высоких скоростей (с малыми токами /в и большими токами /я) преобладает составляющая падения напряжения на секциях тормозных резисторов, в области малых скоростей (с большими токами /„ и малыми токами /я) — составляющая падения напряжения на балластном резисторе СБТ.

Перевод силовой схемы из режима тяги в тормозной режим и обратно производится с помощью тормозного переключателя в обесточенном состоянии (при отключенных контакторах Л1—П7).

Возбуждение тягового генератора, как и в тяговом режиме, осуществляется через управляемый выпрямитель УВВ от возбудителя СВ, что позволяет плавно регулировать ток возбуждения электродвигателей в нужных пределах. Выпрямитель УВВ управляется автоматически блоком БУВ с помощью комплектного устройства автоматики БА1, трансформаторов тока ТПТ1 — ТПТ5 и трансформатора напряжения ТПН2.

Читать еще: Ваз 2110 плохо заводится при нагретом двигателе

Проектирование принципиальной схемы силовой цепи и функциональной схемы управления тяговым электроприводом

Рисунок 31 — Схема силовой цепи

M1, M2, M3, M4 – обмотка якоря тяговых двигателей;

L – обмотка возбуждения тягового двигателя;

SF1 – автоматический выключатель включения аккумуляторной батареи;

SF3 – автоматический выключатель служащий для защиты ТЭД;

С1 – молекулярный накопитель;

K1– линейный контактор, служащий для включения молекулярного накопителя;

K2– линейный контактор, служащий для включения силовой цепи;

K3, К4– линейные контакторы, служащие для ослабления поля обмотки возбуждения;

R1– токоограничивающий резистор, служащий для первоначальной зарядки молекулярного накопителя;

R2, R3 – реостаты, служащие для ослабления поля обмотки возбуждения;

Rт – тормозной реостат;

VT1- VT4 – транзисторы хода;

VT5 – транзистор торможения;

VD1 – обратный диод зарядки молекулярного накопителя;

VD2, VD3, VD8, VD9, VD10– обратные диоды транзисторов VT1- VT5 соответственно;

VD4 – VD7–диодный мост питания обмотки возбуждения ТЭД;

VD11 – обратный диод тормозного реостата;

ЭБУ – электронный блок управления ТрИСУ ТЭП.

В данной работе был подобран тяговый электродвигатель ДК-259 Г-3, для установки его на трамвай типа РВЗ. Установка этого ТЭД обусловлена потребной мощностью для движения по заданному маршруту с заданным профилем дороги.

Спроектирована принципиальная схема силовой цепи и функциональная схема управления ТЭД. Реализация функциональной схемы управления осуществляется с использованием транзисторной схемы управления, что упрощает функциональную схему и сводит к минимуму количество используемых электрических элементов, а следовательно к повышению надёжности и к уменьшению веса. ТЭД проверен по тягово-тормозной диаграмме, которая свидетельствует о том, что двигатель имеет запас по моменту и может эксплуатироваться в более суровых условиях движения транспортного средства без выхода из строя или перегрева. Предусмотрен режим рекуперации электрической энергии, что способствует уменьшения затрат электроэнергии при движении транспортного средства.

Преимущества полученного транспортного средства следующие: экономная эксплуатация, экологическая чистота, хорошие ходовые характеристики, сохранение и повторное использование энергии. Благодаря этому транспортное (трамвай) средство рекомендуется использовать для движения в городских условиях.

Материалы о транспорте:

Технология сборки кузова
Обычно технологический процесс сборки кузовов состоит из сборки до окрашивания и общей сборки после окрашивания. Принципиально процесс общей сборки после окрашивания кузова при его ремонте ничем не о .

Ответственность при перевозке грузов автомобильным транспортом
За не вывоз груза в количестве, предусмотренном в согласованной заявке или в принятом к исполнению разовом заказе, автомобильный перевозчик уплачивает заказчику автомобильной перевозки 20 процентов с .

Охрана труда и техника безопасности при выполнении работ ремонт газораспределительного механизма двигателя ВАЗ-2108
Научная организация труда (НОТ) — система организационно-технологических и санитарно-гигиенических мероприятий, направленных на совершенствование методов и условий труда на основе новейших достижений .

Принципиальная схема тяговой электропередачи тепловоза 2м62

Для передачи мощности отмизелн к колесным парам и ее регулирования на тепловозе 2М62 применяется электрическая передача постоянного тока (рис. 24). Электрические схемы обеих секций тепловоза одинаковы. Тяговый генератор Г постоянного тока с независимым возбуждением питает шесть параллельно соединенных тяговых электродвигателей 1-6 последовательного возбуждения, электромеханические характеристики которых в рабочем диапазоне скоростей имеют гиперболический вид. Это позволяет осуществлять автоматическое регулирование возбуждения тягового генератора при помощи сравнительно несложных и падежных в эксплуатации электрических аппаратов. Включение тяговых электродвигателей производится поездными контакторами П1 П6. Для увеличения диапазона использования подпой мощности тяговых электродвигателей применяются две ступени ослабления их возбуждения. Контакторы ослабления возбуждения ВШ1, ВШ2 подключают резисторы ослабления возбуждения С1Ш-СШ6 параллельно обмоткам возбуждения ОВ электродвигателей. Сигналы на срабатывание контакторов ВИЛ, ВШ2 поступают от реле ослабления возбуждения РП1, РП2 (реле перехода), катушки напряжения которых включены через регулировочные резисторы СРПН1, СРПН2 на напряжение тягового генератора, а токовые через резистор СРПТ параллельно обмоткам добавочных полюсов тягового генератора. Изменение направления движения тепловоза осуществляется путем изменения направления тока в обмотках возбуждения тяговых электродвигателей при помощи электропневматического переключателя ПР (реверсора).

Независимая обмотка возбуждения тягового генератора питается от возбудителя постоянного тока В. Возбудитель имеет две об мотки возбуждения: независимую и размагничивающую. Независимая обмотка включена на выпрямленное напряжение амплпетача АВ. Рабочие обмотки трансформаторов постоянного тока ТИТ и ностоян ного напряжения ТПН, а также амплистата АВ питаются от синхронного подвозбудителя СПВ через распределительный трансформатор ТР.

Рис. 24. Принципиальная схема электрической передачи тепловоза:

1-6 — тяговые электродвигатели: тяговый генератор;ПР- реверсор: ОВ — обмотка возбуждения тяговых электродвигателей; СШІ-СШ6 — резистори ослаблення возбуждения. ВШІ. ВШ2 — групповые контакторы ослабления возбуждения; ПІ-176 — поездные контакторы: РПІ. РП2 реле ослабления возбуждения. СРП НІ. СРПН2 — резисторы в цели катушек напряжения РПІ. РП2; СРИТ — резистор в цепи катушек тока реле РПІ. РІК; В — возбудитель; ТР распределительный трансформвтор: ТБ- тахометрический блок: АВ — амплиствт, ИД — индуктивный датчик: ТПН — трансформатор постоянного напряжения: 777!» — трансформатор постоянного тока; СУ — селективный узел: СТ стабилизирующий трансформвтор. СПВ — синхронный лодвозбудитсль: ВІ-В4 — выпрямители: СОЗ. СОР. СОУ. СБТТ. СЄТН — резисторы

Читать еще: Что такое навесное оборудование двигателя внутреннего сгорания

Размагничивающая обмотка возбудителя, питающаяся напряжением 75 В постоянного тока, осуществляет компенсацию магнитного потока от тока холостого хода амплистата в независимой обмотке возбудителя (более подробно описано ниже), а также служит для аварийного возбуждения возбудителя при выходе из строя системы автоматического регулирования возбуждения.

Структурная схема регулирования тяговой электропередачи. Мощность тягового генератора численно равна произведению напряжения на выводах генератора ІІ и тока генератора 1. Для поддержания заданного уровня мощности генератора Р- С11 = соіі5І нужна специальная система регулирования, которая в зависимости от потребляемого тяговыми двигателями тока изменяла бы напряжение генератора таким образом, чтобы рабочий участок его внешней характеристики (1 = /(/) имел вид гиперболы. Такой системой является система автоматического регулирования возбуждения тягового генератора, структурная схема которой показана на рис. 25.

Синхронный подвозбудитель (71713. приводимый дизелем, вырабатывает напряжение переменной частоты, пропорциональной частоте вращения вала дизеля. Тахометрический блок ТВ преобразует частоту напряжения синхронного подвозбудителя в пропорциопатьный сигнал задания и передает его в задающую обмотку амплистата АВ. Сигналы обратной связи, пропорциональные напряжению и току тягового генератора, передаются от трансформаторов постоянного напряжения ТИН и постоянного тока 7777″ в селективі ый узел СУ. В селективном узле формируется результирующий сигнал отрицательной обратной связи, поступающий в обмотку управления амплистата. В амплистате происходит алгебраическое суммирование встречно направленных намагничивающих сил, создаваемых сигналами задания и управления. Суммарная намагничивающая сила определяет выходное напряжение амплистата, от которого зависит возбуждение возбудителя В и тягового генератора Г. Такая схема регулирования позволяет получить прямолинейную (селективную) характеристику генератора. Для получения гиперболической внешней характеристики в схему автоматического регулирования включен индуктивный датчик ИД, который преобразует механическое перемещение штока сервопривода регулятора мощности дизеля в электрический сигнал, поступающий в обмотку регулирования амплистата. Регулятор мощности дизеля реагирует на отклонение мощности дизеля от заданной.

Рис. 25. Структурная схема автоматического регулирования возбуждения:

Стабилизирующий трансформатор СТ служит для обеспечения устойчивой работы схемы. Сигнал от трансформатора поступает в стабилизирующую обмотку амплистата только во время переходных процессов, когда изменяется напряжение возбудителя.

Системы электрической тяги

В настоящее время в мире имеют место различные системы тяги как постоянного, так и переменного тока.
Система тяги постоянного тока. Исторически первой появилась система тяги постоянного тока. Этому способствовали возникновение первых электротехнических отраслей, которые использовали технику постоянного тока, достаточно хорошо изученную к тому времени. Был создан двигатель постоянного тока, имевший наилучшие тяговые характеристики среди известных тогда двигателей. Система оказалась настолько удачной, что, появившись в конце прошлого века, успешно функционирует и в наши дни. Существуют различные модификации систем тяги постоянного тока, различающихся, в основном, уровнем подводимого к электроподвижному составу (ЭПС) напряжением — от 750 до 3000 вольт. На рис. 23 приведена принципиальная схема наиболее распространенной системы тяги постоянного тока.
Недостаток этой системы состоит в необходимости преобразования переменного тока в постоянный. Тяговые подстанции получают электроэнергию от электроэнергетических систем общего назначения с высоким уровнем напряжения (чаще всего 110…220 кВ). На тяговых подстанциях постоянного тока происходит преобразование энергии переменного тока высокого напряжения в энергию постоянного тока с уровнем напряжения, необходимым для работы цепей тяговых двигателей (чаще всего 3000 В). На большинстве отечественных подстанций постоянного тока имеет место двойная трансформация, что и отражено на рис. Промежуточный уровень напряжения (обычно 10 кВ) используется для питания нетяговых железнодорожных потребителей.

Рис. 1. Принципиальная схема системы тягового электроснабжения 3 кВ. на рисунке А, В, С – фазы ЛЭП; ПТ – понижающий трансформатор; Р – шины нетяговых (районных потребителей); ТТ – тяговый трансформатор; ПВ – полупроводниковый выпрямитель; НВ – нейтральная вставка; ЭПС – электроподвижной состав

Достоинства и недостатки системы тяги постоянного тока 3 кВ.

Достоинством системы тяги постоянного тока являются: 1. Слабое электромагнитное влияние на смежные устройства электрических железных дорог, 2. Отсутствие реактивных потоков по тяговым сетям и, вследствие этого, исключение необходимости использования средств компенсации реактивной мощности.

К основным недостаткам следует отнести:
1.Низкий уровень напряжения в тяговой сети и малые расстояния между тяговыми подстанциями (в среднем 15 км).
2. Значительное гальваническое влияние на подземные коммуникации (оболочки кабелей, трубопроводы и др.), устройства пути (крепежные элементы), и арматуру контактной сети, что приводит к их коррозии.
3. Относительно большое сечение проводов контактной сети и значительный расход цветных металлов.
4. Сложность тяговых подстанций.
5. Наличие пусковых реостатов на электроподвижном составе, приводящих к значительным потерям при пуске. Это особенно проявляется на ЭПС пригородного сообщения с частыми остановками и пусками.

Читать еще: Что такое торможение двигателя постоянным током

Пути совершенствования систем электрической тяги постоянного тока 3 кВ.

Системы тяги постоянного тока остаются эффективным транспортным средством. Их технико-экономические показатели не уступают другим системам в пригородном пассажирском электрическом транспорте и метрополитена.

Подстанции. Тяговые подстанции, располагающиеся через несколько километров, получают переменный ток высокого напряжения из электрической сети общего назначения и с помощью трансформаторов и выпрямителей преобразуют его в постоянный ток пониженного напряжения. Входные цепи переменного тока и выходные постоянного защищены быстродействующей коммутационной аппаратурой, отключающей оборудование в случае возникновения токов короткого замыкания.
Уровень напряжения и мощность ТП зависят от многих факторов, например, типа ЭПС, интенсивности движения и т.д.
Для того чтобы система электроснабжения соответствовала энерговооруженности современного подвижного состава, необходимо увеличение мощности, поступающей от тяговых подстанций. Это связано со следующими факторами:

Необходимостью обеспечения повышенных ускорений и высоких скоростей движения, что обусловливает более высокие пиковые нагрузки;
Повышение интенсивности движения поездов приводит к росту доли работы системы в режиме полной нагрузки.
Повышение уровня комфорта для пассажиров связано с увеличением мощности для питания бортовых систем подвижного состава.

Трансформаторы. Прогресс в трансформаторостроении позволяет изготавливать их с меньшими габаритами и массой. Это делает возможным использование таких трансформаторов для закрытых распределительных устройств. В то время как трансформаторы для открытых распределительных устройств в системах тяги переменного тока, обычно выполняются с жидкостным охлаждением.
Отказ от применения дорогостоящих и подчас опасных охлаждающих жидкостей обусловливает дальнейшее совершенствование сухих трансформаторов открытого типа. Устранение жидкости из трансформаторов обеспечивает преимущества, выражающиеся в меньшей стоимости, габаритах, массе и объеме строительных работ. Нет надобности в системах улавливания трансформаторного масла в случае его аварийного разлива. Герметичные трансформаторы в виде литого блока практически не требуют технического обслуживания, что значительно снижает эксплуатационные расходы в расчете на весь жизненный цикл, а также более приемлемы с экологической точки зрения.

Выпрямители. В последние годы произошло много изменений в схемах и конструкции выпрямительных устройств для тягового применения. Эти изменения включают в себя переход на капсулированное (с помещением в герметичные кожухи) исполнение и многофазную последовательную мостовую схему без плавких предохранителей.

Прогресс в полупроводниковой технике привел к появлению капсюльных (пуговичных) силовых диодов, имеющих значительно большую мощность. За рубежом освоен выпуск устройств, рассчитанных на мощность до 2 МВт и напряжение 750 В, только с одним диодом в каждом фазовом плече, в то время как в более ранних конструкциях для получения той же мощности обычно приходилось включать в каждое фазовое плечо до пяти диодов. Кроме того, для удовлетворения все более жестких требований поставщиков электроэнергии, 6-фазные выпрямители повсеместно заменяют 12-, а в ряде случаев 24-фазными устройствами. Для повышения надежности и снижения уровня помех параллельные мостовые схемы заменяются последовательными.
Современные выпрямительные устройства тягового применения имеют достаточную перегрузочную способность, обеспечивающую надежность их работы на период действия защитных устройств. Значительная вероятность короткого замыкания на стороне выпрямленного напряжения делает проблему защиты выпрямителя весьма актуальной. Выключатели постоянного тока предназначены для защиты от короткого замыкания, и обеспечивают требуемый уровень безопасности. Если выключатель постоянного тока не сработает в течение 20 мс после возникновения короткого замыкания, то в следующие 80… 200 мс цепь будет отключена выключателем переменного тока. Благодаря гарантированной способности выпрямителя выдержать такую аварийную ситуацию до срабатывания выключателя переменного тока он остается полностью защищенным.

Коммутационная аппаратура. Выключатели постоянного тока за последнее время мало изменились. Типовым остается установленный на тележке выключатель выкатного типа, спроектированный с учетом требований по изоляции. Разработками последних лет являются бесконтактные полупроводниковые выключатели, но их применение, вероятно, будет ограничено из-за высокой стоимости и необходимости обеспечения изоляции цепей.

Блочные тяговые подстанции. В последнее время широкое распространение получили блочные (модульные) тяговые подстанции. В таких подстанциях коммутационная аппаратура переменного и постоянного тока, трансформаторы, выпрямители, и испытываются на заводе-изготовителе. Блок транспортируется на место, устанавливается на заранее подготовленный фундамент и подсоединяется к питающей сети переменного тока и к контактной сети постоянного тока.

Основными преимуществами блочных подстанций являются:

низкая стоимость, вследствие более низких расходов на строительство здания;

быстрота установки и ввода в эксплуатацию;
снижение отказов в эксплуатации;
облегчение пуска в эксплуатацию за счет выполнения полного цикла испытаний на заводе.

Рекуперативное торможение. При торможении кинетическая энергия подвижного состава преобразуется в электрическую и передается по контактной сети либо к другим тяговым нагрузкам (электровозам), либо, если тяговых нагрузок нет, с помощью специального инвертора передается в питающую сеть. Это экономит энергию, которая в случае торможения колодками теряется бесполезно.

При рекуперативном торможении напряжение в контактной сети повышается, и, если в пределах зоны питания той же тяговой подстанции движется другой поезд, находящийся в режиме тяги, он может получать энергию на движение, вырабатываемую тормозящим поездом.

голоса

Рейтинг статьи