Формирование характеристики тягового генератора

/ Тепловоз М62 / Формирование характеристики тягового генератора

Селективная характеристика. Для настройки внешней характеристики тягового генератора в качестве вспомогательной используется так называемая селективная характеристика генератора. Селективная характеристика (а, Ь, с, й на рис. 75) определяется системой возбуждения генератора без электрической связи с объединенным регулятором дизеля. В ее формировании принимают участие все элементы схемы, изображенной на рис. 63, кроме индуктивного датчика.

Действие системы возбуждения рассматривается применительно к последовательным режимам работы тепловоза. В первый момент пуска тяговые электродвигатели неподвижны. В задающую обмотку амплистата поступает подмагничивающий ток, вызывая появление выходного тока амплистата и тока тяговых двигателей. В управляющей обмотке амплистата появляется сигнал обратной связи по току, увеличивающийся пропорционально возрастанию тока в тяговых двигателях.

При этом встречное действие тока управляющей обмотки смещает вниз рабочую точку (перемещение принимается условно, так как процесс происходит одновременно) на крутой части характеристики амплистата (рис. 76) до тех пор, пока напряжение генератора станет равным падению напряжения на тяговых двигателях от протекающего в них тока и возрастание этого тока прекратится. В этот момент выпрямитель ПВ1 заперт (см. рис. 71), так как падение напряжения в резисторе СБТН от сигнала по напряжению значительно меньше, чем падение напряжения в резисторе СБТТ от сигнала по току, поэтому трансформатор напряжения «отключен» выпрямителем от обмотки управления амплистата. На характеристике амплистата этому моменту соответствует положение рабочей точки «а». Для наиболее надежного ограничения максимального тока генератора при трогании тепловоза в возбудителе имеется размагничивающая обмотка, которая компенсирует намагничивание от тока «холостого хода» амплистата.

С началом вращения якорей токи тяговых двигателей уменьшаются, ток выхода амплистата и соответственно напряжение генератора возрастают. При этом вследствие большой крутизны характеристики амплистата при движении рабочей точки от а к Ъ (см. рис. 76) незначительному уменьшению тягового тока соответствует значительное увеличение тока выхода амплистата и, следовательно, напряжения генератора на соответствующем участке а, Ь селективной характеристики генератора (см. рис. 75).

Этот участок соответствует ограничению максимального тока генератора. При движении от точки а к Ь уменьшение токового сигнала в обмотке управления амплистата сопровождается повышением (см. рис. 71) падения напряжения в резисторе СБТН. Точка Ь (см. рис. 76) соответствует равенству падений напряжения в обмотке управления и резисторе СБТН. В этот момент отпирается выпрямитель ПВ1 и при дальнейшем увеличении напряжения и уменьшении тока генератора в обмотку управления амплистата начинает протекать часть сигнала по напряжению (Ги).

Характеристика тягового генератора

Этот процесс происходит в соответствии с характеристикой амплистата, обеспечивающей незначительное' уменьшение тока и падения напряжения в обмотке управления в диапазоне регулирования. При движении от точки Ъ к с на характеристике амплистата, или селективной характеристике генератора, незначительному уменьшению общего тока в обмотке управления соответствует уменьшение в нем токового сигнала 11 и увеличение сигнала по напряжению 1'и. Приближенно изменение сигналов по току и напряжению 11 и 1'и в обмотке управления и токов вторичных обмоток ТПТ и ТПН происходит по закону неизменной суммы. Графически на участке Ъ, с селективной характеристики генератора этот закон изображается прямой линией. В точке с селективной характеристики генератора уменьшающийся ток 11 равен нулю и выпрямитель ПВ2 запирается (см. рис. 71), отключая трансформатор тока от обмотки управления. На характеристике амплистата этому моменту соответствует тачка с. При дальнейшем уменьшении тягового тока при движении рабочей точки на селективной характеристике от с к й напряжение генератора увеличивается. Однако оно не может существенно увеличиться, так как даже незначительное его увеличение сопровождается резко отрицательным сигналом в цепи обратной связи. Наступает ограничение по напряжению генератора, на характеристике амплистата оно соответствует участку ей.

Таким образом, селективность обратной связи проявляется в избирательном подключении к амплистату трансформаторов тока и напряжения. На селективной характеристике это отражается в -разделении участков ограничения максимальных тока (аЬ) и' напряжения (сф и изменения мощности по закону суммы (прямая линия на участке Ьс).

Уровень регулирования параметров на выходе генератора на всех участках селективной характеристики неизменно определяется током задающей обмотки амплистата (ее м. д. с). Этот ток постоянен для каждой позиции. Таким образом, для неизменной частоты вращения коленчатого вала селективная характеристика является жесткой и не зависит от степени нагрузки дизеля. Так как напряжение тахиметрического блока зависит от частоты вращения коленчатого вала, пятнадцати, положениям рукоятки контроллера машиниста соответствуют пятнадцать селективных характеристик одинаковой формы.

Селективные характеристики изменяются в зависимости от настройки регулировочных резисторов СБТН, СБТТ, СТН (рис. 77).

Рис. 76. Регулирование амплистата" />
Рис. 75. Характеристика тягового генератора

Этот процесс происходит в соответствии с характеристикой амплистата, обеспечивающей незначительное' уменьшение тока и падения напряжения в обмотке управления в диапазоне регулирования. При движении от точки Ъ к с на характеристике амплистата, или селективной характеристике генератора, незначительному уменьшению общего тока в обмотке управления соответствует уменьшение в нем токового сигнала 11 и увеличение сигнала по напряжению 1'и. Приближенно изменение сигналов по току и напряжению 11 и 1'и в обмотке управления и токов вторичных обмоток ТПТ и ТПН происходит по закону неизменной суммы. Графически на участке Ъ, с селективной характеристики генератора этот закон изображается прямой линией. В точке с селективной характеристики генератора уменьшающийся ток 11 равен нулю и выпрямитель ПВ2 запирается (см. рис. 71), отключая трансформатор тока от обмотки управления. На характеристике амплистата этому моменту соответствует тачка с. При дальнейшем уменьшении тягового тока при движении рабочей точки на селективной характеристике от с к й напряжение генератора увеличивается. Однако оно не может существенно увеличиться, так как даже незначительное его увеличение сопровождается резко отрицательным сигналом в цепи обратной связи. Наступает ограничение по напряжению генератора, на характеристике амплистата оно соответствует участку ей.

Таким образом, селективность обратной связи проявляется в избирательном подключении к амплистату трансформаторов тока и напряжения. На селективной характеристике это отражается в -разделении участков ограничения максимальных тока (аЬ) и' напряжения (сф и изменения мощности по закону суммы (прямая линия на участке Ьс).

Уровень регулирования параметров на выходе генератора на всех участках селективной характеристики неизменно определяется током задающей обмотки амплистата (ее м. д. с). Этот ток постоянен для каждой позиции. Таким образом, для неизменной частоты вращения коленчатого вала селективная характеристика является жесткой и не зависит от степени нагрузки дизеля. Так как напряжение тахиметрического блока зависит от частоты вращения коленчатого вала, пятнадцати, положениям рукоятки контроллера машиниста соответствуют пятнадцать селективных характеристик одинаковой формы.

Селективные характеристики изменяются в зависимости от настройки регулировочных резисторов СБТН, СБТТ, СТН (рис. 77).

Рис. 76. Регулирование амплистата:

м. д. с. задающей обмотки; - м. д. с. регулировочной обмотки; 1=> - м. д. с. управляющей обмотки; 172 - результирующая м. д. е.; 1в -ток выхода

Стабилизация режима возбуждения генератора обеспечивается обратной связью в амплистат по производной напряжения возбудителя. В цепь автоматической стабилизации (см. рис. 63) входит стабилизирующий трансформатор СТ с обмоткой ОС амплистата в качестве нагрузки. Сигнал во вторичной обмотке трансформатора индуктируется только в момент изменения напряжения возбудителя. При этом поток, создаваемый током в стабилизирующей обмотке амплистата, действует встречно изменению режима.

Внешняя характеристика. Селективная характеристика генератора на рабочем участке вс (см. рис. 75), т. е. между режимами ограничения максимально допустимых тока и напряжения, не обеспечивает требующееся постоянство тяговой мощности в различных точках. Для выполнения этой задачи применяется дополнительное регулирование мощности при помощи индуктивного датчика, встроенного в объединенный регулятор дизеля. Регулировочная обмотка амплистата подключена к распределительному трансформатору через индуктивный датчик, выпрямительный мост и резистор.

Таким образом появляется дополнительное подмагничивание амплистата регулировочной обмоткой, зависящее от степени нагрузки дизеля. Для удержания рабочей точки на наклонной части характеристики амплистата при увеличении его магнитодвижущей силы (м. д. с.) требуется большее размагничивающее (встречное задающей обмотке) действие управляющей обмотки, что может быть только при увеличении токов в первичных обмотках трансформаторов тока и напряжения. При неизменном максимальном токе в регулировочной обмотке на селективной характеристике генератора это отражается в увеличении ограничиваемых тока, напряжения и мощности (характеристика АВеСО). Так как якорь индуктивного датчика связан со штоком сервомотора объединенного регулятора дизеля (рис. 78), величина тока регулировочной обмотки изменяется в зависимости от его работы.

При недогрузке дизеля относительно номинала мощности на позиции расходящиеся грузы 2 вызывают поднятие золотника 1 и слив масла из-под поршня штока 6, начинающего двигаться под действием пружины 8 на уменьшение подачи топлива. При неподвижном штоке 3 управления частотой вра-

Рис. 77. Влияние сопротивлений на селективную характеристику

щения движение штока 6 вызывает опускание средней точки рычага 5 и золотника 4 в положение впуска масла в одну из полостей цилиндра сервопривода датчика, и сердечник 7 датчика начинает выдвигаться. Мощность увеличивается до тех пор, пока шток подачи топлива не возвратится в прежнее положение, при котором золотник 4 перекроет впуск масла в сервопривод датчика. При перегрузке дизеля сходящиеся грузы вызывают опускание золотника 7 и впуск масла под поршень штока 6, начинающего двигаться, в направлении увеличения подачи топлива. Его движение вызывает поднятие золотника 4 и впуск масла во вторую полость цилиндра сервопривода датчика и сердечник его начинает вдвигаться. Мощность уменьшается до тех пор, пока шток подачи топлива не вернется в прежнее положение.

Сравнивая характеристику АВеСИ (см. рис. 75) генератора с характеристикой постоянной мощности дизеля ВЕС, которую должен поддерживать регулятор, можно сделать вывод, что на участках АВ и СО, где дизель будет недогружен, золотник 4 должен находиться в положении впуска Масла в сервопривод датчика на увеличение нагрузки, а сердечник датчика будет занимать максимально выдвинутое положение.

В точках В и С , где номинальная мощность дизеля соответствует мощности генератора, золотника перекроет впуск масла в сервопривод, а на участке ВЕС будет занимать положение впуска масла на уменьшение нагрузки, причем максимально вдвинутое положение якоря датчика будет в точке е, где несоответствие между этими мощностями максимально. В точках кривой СЕВ, где номинальная мощность дизеля и расходуемая соответствуют друг другу, золотник 4 займет положение перекрытия впускных отверстий. Таким образом, объединенный регулятор дизеля на участках аЬ и сё селективной характеристики увеличивает ограничиваемые ток и напряжение генератора (участки АВ и СО), а на участке Ъс корректирует мощность отбора в кривую ВЕС постоянной мощности дизеля. Однако в условиях тепловоза мощность дизеля расходуется дополнительно на привод различных вспомогательных механизмов, компрессора, вентилятора и др., изменяющих режим своей работы.

В этом случае примененный принцип регулирования внешней характеристики позволяет путем управления электрическим отбором мощности от дизеля компенсировать изменения механического отбора, происходящие вследствие включения или выключения вспомогательных агрегатов тепловоза. В этих условиях форма внешней характеристики генератора автоматически корректируется для использования свободной мощности дизеля в данный момент. До 4-й позиции характеристики имеют вид селективных характеристик, так как на этих пусковых позициях отсутствует электрическая связь регулятора с возбуждением.

Рис. 78. Упрощенная кинематическая схема привода индуктивного датчика регулятора дизеля

Аварийный режим возбуждения. Аварийный режим предусмотрен в случае неисправности системы автоматического регулирования возбуждения генератора. В этих условиях система отключается специальным аварийным переключателем, и обмотку возбуждения тягового генератора питает возбудитель с нерегулируемым возбуждением. При этом выходные параметры тягового генератора (ток, напряжение, мощность) сохраняют свою зависимость от частоты вращения коленчатого вала дизеля, т. е. от положения рукоятки контроллера машиниста, однако на каждой позиции внешние характеристики принимают естественную для генератора с нерегулируемым независимым возбуждением форму.

В различных точках внешней характеристики в аварийном режиме для 15-й позиции (рис. 79) мощность неодинакова, а почти пропорциональна тяговому току. Характеристика настраивается таким образом, чтобы номинальная мощность соответствовала номинальному (продолжительному) току тягового генератора.

Ослабление возбуждения тяговых двигателей. При формировании характеристики генератора образуются зоны ограничения максимально допустимых для данного генератора напряжения и тока. Уменьшение мощности тягового генератора в соответствии с его реальной характеристикой (см. рис. 79) уже вблизи зоны ограничения напряжения определяет реально достижимую тепловозом скорость - примерно 40 км/ч при средней весовой норме поезда на горизонтальном участке пути. Так как напряжение тяговых электродвигателей пропорционально частоте вращения их якорей, дальнейшее повышение скорости при полном возбуждении тяговых двигателей возможно лишь при условии расчета и конструирования тяговых электрических машин на большее допускаемое напряжение.

При одних и тех же изоляционных материалах и максимально допускаемом токе, определяемом режимом трогания тепловоза с поездом, это требует значительного увеличения габаритов и, следовательно, массы "машин. Для генератора и электродвигателей, конструкция которых обусловлена современным уровнем развития промышленности, используются дополнительные возможности повышения максимальной скорости тепловоза. Эти возможности заключаются в переключении электродвигателей с одного соединения (последовательного) на другое (параллельное или смешанное) или регулировании их возбуждения. В электрической передаче тепловоза М62 используется второй способ.

Пренебрегая достаточно малой величиной падения напряжения в якоре электродвигателя, можно считать, что приложенное к электродвигателю напряжение уравновешивается электродвижущей силой, т. е.

U = СФп,

где U - напряжение на зажимах; Ф - магнитный поток;

С - конструктивный коэффициент электродвигателя; п - частота вращения якоря. Из этого следует, что если поток возбуждения уменьшить, уравновешивающая э. д. с. двигателя может быть создана только за счет увеличения частоты вращения якоря. Поэтому характеристики I - f (п) (где 1 - ток, протекающий в якоре, п - частота вращения якоря) двигателей с различной степенью ослабления возбуждения (ОП1, ОП2) располагаются, как показано на рис. 79, выше характеристики при полном возбуждении (ПП). Степень ослабления возбуждения (а) определяется отношением тока в обмотке возбуждения (7В) к току в якоре (/я).

Чем больше степень ослабления возбуждения, тем выше располагается соответствующая характеристика. Из кривых следует, что при ослаблении возбуждения двигателей двумя ступенями возрастанию их частоты вращения соответствует двукратное возвращение токового режима к некоторым исходным точкам.

Движение тепловоза начинается при полном возбуждении тяговых электродвигателей. При достижении тепловозом скорости 35 км/ч, что соответствует току тягового генератора 2450 А на 15-й позиции контроллера машиниста, включается групповой контактор ослабления возбуждения ВШ1. Своими силовыми контактами контактор ВШ1 включает параллельно обмоткам возбуждения тяговых двигателей резисторы первой ступени ослабления возбуждения СШ1 (см. рис. 63). При этом ток возбуждения каждого электродвигателя делится по двум цепям: одной - через обмотки возбуждения, другой - через замкнутые контакты ВШ1 и резисторы СШ1. На этой ступени ослабления возбуждения по обмоткам возбуждения протекает 60% тока якоря (а = - 60%).

Уменьшение тока возбуждения вызывает увеличение частоты вращения якорей тяговых электродвигателей (переход на характеристику ОП1). При дальнейшем увеличении скорости тепловоза до 50-55 км/ч при токе тягового генератора 2250 А включается второй групповой контактор ослабления возбуждения BUI2. Силовые контакты ВШ2 подключают резисторы СШ2 ослабления возбуждения второй ступени параллельно включенным ранее резисторам первой ступени. Ток возбуждения уменьшается.до 37% тока якоря (а =' 37%)), что приводит к дальнейшему увеличению частоты вращения якорей тяговых электродвигателей (переход на характеристику ОП2).

Включением и выключением групповых контакторов ВШ1 и ВШ2 управляют два реле перехода РП1 и РП2. В качестве реле перехода на тепловозе применены реле типа РД-3010. Каждое реле имеет две встречно действующие катушки: токовую и напряжения. Для регулирования срабатывания реле последовательно с катушками напряжения включены регулировочные резисторы СРПН1 и СРПН2, а последовательно с токовыми катушками реле включены участки общего регулировочного резистора СРПТ.

Катушки напряжения реле перехода последовательно с регулировочными резисторами включены на напряжение генератора, ток в них > пропорционален его напряжению. Катушки тока - параллельно участку силовой цепи, ток в них пропорционален току, генератора.

При увеличении скорости тепловоза напряжение тягового генератора увеличивается, а его ток уменьшается. Соответственно включающее усилие, создаваемое катушкой напряжения, растет, а отключающее усилие токовой катушки, действующее согласно с отключающей пружиной, падйет. Так как каждой скорости тепловоза однозначно соответствует определенное соотношение тока и напряжения, включение и отключение реле перехода с соответствующим ослаблением и восстановлением возбуждения двигателей происходят автоматически. Отключение реле регулируется изменением сопротивления вводимого в цепь катушки напряжения размыкающими блок-контактами соответствующего контактора (ВШ1 или ВШ2).

Узлы и элементы системы автоматического регулирования возбуждения | Тепловоз 2М62 | Электрические машины