Электродвигателями.

Регулирование напряжения тяговых генераторов. Мощность дизе­ля регулируют изменением частоты вращения коленчатого вала n_Д.  При такой регулировке к. п. д. дизеля остается почти постоянным в широких пределах изменения частоты вращения, поэтому на тепло­возах с электрической передачей применяют ступенчатое (обычно 8-—15 позиций контроллера) изменение частоты вращения вала дизеля при полном использовании наибольшего вращающего момента. Число ступеней выбирается таким, чтобы при переходе с одной ступени на другую не было больших изменений силы тяги и тока.

Несмотря на то что для дизеля обычно устанавливается несколько ступеней мощности, расчетным принят режим, соответствующий полной мощности, которая должна поддерживаться постоянной в широком диапазоне скоростей движения тепловоза.

Постоянство мощности дизеля N_e может быть легко достигнуто с помощью электрической передачи. Для этого достаточно, чтобы произведение тока тягового генератора на напряжение было постоянным.

P _г = I _г U _г = const

В этом случае графически внешняя характеристика генератора (зависимость напряжения от тока при постоянной часто­те вращения n_Д), так же как и тяговая характеристика, изобра­жается равнобокой гиперболой (линия б, в на рис. 1.3).

На тепловозах применяются тяговые генераторы с независимым возбуждением, а создание их гиперболической внешней харак­теристики обеспечивается систе­мами автоматического регулиро­вания напряжения СВГ, которые могут исполь­зовать специальные возбудители : 1)электромашинные системы(ЧМЭ3), 2)аппаратные системы (магнитные усилители тепловозов ТЭ10), 3)электронные системы (полу­проводниковые элементы на тепловозах ЧМЭ3Э, ЧМЭ3Т и.т.п)

Чтобы обеспечить плавное трогание и разгон тепловоза, электри­ческая передача автоматически ограничивает ток тягового генерато­ра (линия аб). Участок аб характеризуется большими токами и низкими напряжениями генератора, при этом реализуется максимальная сила тяги.

На современных тепловозах применяется также автоматическое ограничение напряжения тягового генератора при больших скоростях движения, что позволяет уменьшить габаритные размеры генератора и защитить элементы силовой цепи тепловоза (линия вг) от высокого напряжения. Участок вг характеризуется малыми токами генератора, т. е. низкими значениями силы тяги тепловоза, макси­мальным напряжением и недоиспользованием мощности генератора и дизеля. Максимальное напряжение генератора (обычно около 700 В) ограничивается допустимым значением среднего напряжения между коллекторными пластинами.

Мощность дизеля регулируется частотой вращения коленчатого вала, при этом каждому значению n_Д соот­ветствует определенная мощность, при которой к. п. д. дизеля будет максимальным

Для изменения мощности тягового генератора, а следовательно, и мощности дизеля Д при изменении частоты вращения коленчатого вала n_Д в систему СВГ вводится сигнал по n_Д ,сигнал по току тягового генератора I_г, сигнал по напряжению тягового генератора U_г Эти сигналы образуют сигналы обратной связи.

Управление тяговыми электродвигателями. Известно, что частота вращения якоря электродвигателя постоянного тока

n ₌ ( U - IR / СФ

где U — напряжение на зажимах двигателя; I , R — ток и сопротивле­ние цепи якоря; Ф — магнитный поток; С, — машинная постоянная.

Схемы соединения электродвигателей:

а — последовательное; б — параллельное; в — подключение резисторов ослабления возбужде­ния

Из формулы видно, что частоту вращения якоря двигателя можно регулировать, изменяя напряжение или магнитный поток ..

Изменение подводимого напряжения к тяговому электродвигате­лю происходит непрерывно с изменением тока нагрузки (сопротив­ления движению), так как тяговый генератор имеет гиперболическую внешнюю характеристику.

Подводимое напряжение также изменяет­ся при изменении схемы соединения тяговых электродвигателей. При последовательном соединении электродвигателей (рис а) к каждому двигателю подводится напряжение U = U_r / m , где m — число двигателей, включенных последовательно.

Кроме того, при изменении мощности дизеля перестановкой главной рукоятки или штурвала контроллера машиниста с одной позиции на другую, изменяют частоту вращения вала дизеля, а следовательно, и напряжение тягового генератора. Такой способ используется при разгоне поезда.

На тепловозах магнитный поток (поле возбуждения) регули­руют ступенчато шунтированием обмотки возбуждения, применяя для этого параллельное подключение резисторов (рис в). При полном поле ток якоря I_я проходит по обмотке возбуждения, так как электродвигатели имеют последовательное возбуждение. Если же подключим при помощи контакторов Ш1, Ш2 шунтирующие резисторы R _Ш[ и R_Ш2, то по обмотке возбуждения пройдет только часть тока якоря. Так как магнитный поток определяет магнитодвижущая сила (м. д. с), т. е. ампер-витки обмотки возбуж­дения, то, следовательно, с уменьшением тока в обмотке возбуждения магнитный поток Ф также уменьшается, а n возрастает. Отношение тока возбуждения I_в к току якоря I_я называется коэффициентом ослабления возбуждения α. На тепловозах применяют две ступени ослабления возбуждения.