Ослабление возбуждения тяговых электродвигателей

На тепловозе ЧМЭЗ автоматиче­ское регулирование мощности тягово­го генератора осуществляется электромашинным способом, т. е. за счет магнитной системы возбудителя. Однако при такой регулировке возможны некоторые отклонения от расчетных параметров из-за измене­ния температуры обмоток возбудите­ля и явления гистерезиса. На теплово­зах ЧМЭЗТ и ЧМЭЗЭ для автоматиче­ского регулирования мощности ис­пользуется электронный регулятор ЭР (см. § 67), который обеспечивает более точное поддержание мощности тягового генератора в соответствии с мощностью, развиваемой дизелем при определенных условиях (атмосферное давление, влажность и температура воздуха, дополнительная нагрузка).

Соответствующие блоки регулятора ЭР постоянно сравнивают действи­тельные параметры электрической передачи мощности (ток, напряжение и частоту вращения коленчатого вала дизеля) с расчетными для каждой по­зиции. Сравнивая требуемый ток на­грузки с действительным, регулятор ЭР повышает или понижает ток неза­висимого возбуждения возбудителя так, чтобы достигалось равенство между требуемым и действительным значениями.

Таким образом, электроника по­зволяет максимально использовать мощность дизель-генераторной уста­новки при различных скоростях дви­жения тепловоза. Для расширения ди­апазона скоростей, при которых мощ­ность дизеля используется полностью, применяют двухступенчатое ослабле­ние возбуждения тяговых электродви­гателей. На тепловозах ЧМЭЗ оно осу­ществляется при помощи реле РП1 и РП2 (см. § 74), а на тепловозах ЧМЭЗТ и ЧМЭЗЭ такие переходы автоматиче­ски осуществляет регулятор ЭР неза­висимо от положения переключателя «Электроника».

Силовая цепь движения тепловоза (см. рис. 205) состоит из трех парал­лельных ветвей. Находящиеся в каж­дой ветви шунты Ш1 – Ш3 подключе­ны к датчикам тока ДТ1—ДТ3. Каж­дый датчик представляет собой элек­тронный прибор, передающий информацию о токе нагрузки в виде импульсов (сигналов) в электронный регулятор ЭР. Постоянную информа­цию о напряжении на зажимах тягово­го генератора передает в регулятор ЭР датчик напряжения ДНГ, подключен­ный к «плюсу» и «минусу» генератора. Кроме того, как отмечалось ранее (см. § 83), соответствующие блоки регуля­тора ЭР контролируют включение ап­паратов дистанционного управления дизелем.

 

Следовательно, при движении в тяговом режиме в электронный регу­лятор постоянно поступает информа­ция о токе нагрузки, напряжении тя­гового генератора и частоте вращения коленчатого вала дизеля. Гиперболи­ческую характеристику тягового гене­ратора, обеспечивающую полное ис­пользование мощности, формирует электронный блок YZV9, связанный внутри ЭР с устройствами, получаю­щими такую информацию. При увели­чении скорости движения ток нагруз­ки уменьшается, а напряжение тяго­вого генератора растет (см. § 74). В тот момент, когда наступает ограничение мощности тягового генератора по на­пряжению (точка 3 на рис. 112, г) блок YSH11, сравнивающий расчетное на­пряжение тягового генератора с дей­ствительным на данной позиции, по­дает команду в блок выходных сигна­лов YOUT8, (см. § 67), связанный с цепями управления проводом 656. Блок обеспечивает соединение с «ми­нусом» катушки контактора КПП (рис. 211). После включения этого кон­тактора замыкающие контакты КШI (между проводами 268 и 269) создают цепь питания катушки контактора КШЗ, замыкающие контакты которо­го (между проводами 268 и 270) обес­печивают включение контактора КШ5. В результате происходит пере­ход с полного возбуждения тяговых электродвигателей на 1-ю ступень ос­лабления возбуждения.

При дальнейшем увеличении ско­рости движения второй электронный блок YOUT8, связанный с цепями уп­равления проводом 652, в определен­ный момент обеспечивает соединение с «минусом» катушки контактора КШ2, вследствие чего замыкающие контакты КШ2 (между проводами 268 и 296) и КШ4 (между проводами 268 и 297) заставляют включиться контак­торы КШ4 и КШ6. Так же автомати­чески при снижении скорости движе­ния тепловоза происходят обратные переходы. Коэффициенты ослабления возбуждения такие же как на теплово­зе ЧМЭЗ (35 % для 1-й и 20 % для 2-й ступени). Катушки контакторов KШ1—KШ6 подключены к проводу 268, напряжение на который подается через замыкающие контакты РЕ4, т. е. когда реле езды включено.

При включенном переключателе ПЭ («Электроника») ток, протекаю­щий по независимой обмотке возбуди­теля, уходит на "минус" вспомога­тельного генератора через электрон­ный блок YKS5 регулятора ЭР (см. рис. 210). Как отмечалось ранее, сигналы, поступающие в регулятор при вклю­чении реле РУ1—РУ3, приводят к из­менению тока в независимой обмотке возбудителя. Следовательно, в зави­симости от позиции, на которой рабо­тает дизель, изменяется и возбужде­ние тягового генератора.

Если переключатель ПЭ выклю­чен, то контакты ПЭ2 разомкнуты, а контакты ПЭ7 замкнуты. В независи­мую обмотку возбуждения В ток по­ступает через резисторы R81 и R82, сопротивление которых меняется при наборе (сбросе) позиций, а затем ухо­дит на «минус» ВГ по проводу 602, контактам ПЭ7, проводу 105.

В регулятор ЭР постоянно направ­ляются сигналы от датчика тахомет­ра, установленного на объединенном регуляторе дизеля, что позволяет кор­ректировать мощность дизеля в зави­симости от действительной частоты вращения. Например, при заданной частоте вращения 460 об/мин дейст­вительная частота равна 440 об/мин. Получив информацию об этом, регу­лятор ЭР уменьшает возбуждение возбудителя, т. е. корректирует выра­батываемую тяговым генератором мощность так, чтобы дизель не пере­гружался.

Электрическое торможение.

Для прекращения движения теп­ловоза в тяговом режиме машинист переводит главную рукоятку контрол­лера на нулевую позицию. Контакты КМ6 (см. рис. 209) размыкают цепь питания катушки реле РЕ, которое выключается. Замыкающие контакты РЕ1, РЕ2 и РЕЗ размыкаются, обеспе­чивая выключение соответственно кон­тактора KB, вентиля ВПЕ и поездных контакторов КП1—КПЗ. Электронный блок YCRP3 отключает эти контакторы с выдержкой времени 0,5 с.

При переводе главной рукоятки контроллера на 1-ю тормозную пози­цию от провода 202 (рис. 212) через контакты КМ 13, ПЭ1 и П05 получает питание катушка реле РТ. После включения этого реле замыкающие контакты РТ1 (между проводами 233 и 685) подготавливают цепь питания ка­тушки контактора KB (см. рис. 209), контакты РТ2 замыкают цепь питания катушки вентиля ВПТ (см. рис. 212), контакты РТЗ подготавливают вклю­чение тормозных контакторов КТ1— КТ3.

При включении вентиля ВПТ тор­мозной переключатель ЕТ переводит­ся в положение "Торможение". Сило­вые и блокировочные контакты этого переключателя подготавливают цепи движения тепловоза в режиме элект­рического торможения.

Через контакты ЕТ16 и размыкаю­щие контакты PI2 напряжение посту­пает на провод 631, от которого через замыкающие контакты РТЗ подается сигнал на включение электронного блока YCRP4, обеспечивающего сое­динение с "минусом" катушек венти­лей ВКТ1—ВКТЗ. После включения тормозных контакторов к якорным об­моткам тяговых электродвигателей подключаются тормозные резисторы RT1—RT6 (см. рис. 205).

После включения контакторов КТ1—КТЗ собирается цепь питания катушки контактора KB (см. рис. 209): провод 218, замкнутые контакты ПОЗ, размыкающие контакты КОП, замы­кающие контакты РТ1, КТ11, КТ21. КТ31, провод 226, размыкающие кон­такты КД21 и КД11 и т. д.

Так как через замыкающие кон­такты КПЗ, КТ23 и КТЗЗ (см. рис. 212) напряжение поступает на провод 642. то после включения контактора KB через замыкающие контакты КВ3 по­дается сигнал на включение электрон­ного реле времени, установленного в блоке YSRP4 и обеспечивающего сое­динение с "минусом" катушки венти­ля ВКТ7. При собранной силовой цепи тормозного режима включается кон­тактор КТ7. Одновременно включает­ся реле РБР, цепь питания катушки которого, разомкнувшаяся при вы­ключении контакторов КП1—КП3, восстанавливается благодаря замыка­нию контактов КТ73 (см. рис. 209).

Получивший возбуждение тяго­вый генератор питает цепь (см. рис. 205):

«плюс» Г, кабели 1, силовые кон­такты контактора КТ7, шина 719, шунт Ш7, кабель 6, силовые контакты реверсора, кабель 7, обмотки возбуж­дения второго и первого тяговых элек­тродвигателей, кабель 9, силовые кон­такты реверсора, кабель 704, силовые контакты переключателя ЕТ, кабель 75, силовые контакты реверсора, ка­бель 16, обмотки возбуждения четвер­того и третьего тяговых электродвига­телей, кабель 18, силовые контакты реверсора, кабель 33, силовые контак­ты переключателя ЕТ, шина 39, сило­вые контакты реверсора, кабель 36, обмотки возбуждения шестого и пято­го тяговых электродвигателей, кабель 37, силовые контакты реверсора, ши­на 34, шунт Ш4, кабели 2, «минус» Г. Описанная силовая цепь торможения соответствует движению тепловоза вперед.

При движении тепловоза по инер­ции якори тяговых электродвигателей вращаются в магнитном поле, созда­ваемом обмотками возбуждения, т. е. в якорных обмотках начинает наво­диться э. д. с. Через замкнутые сило­вые контакты контакторов КТ1—КТ3 ток, вырабатываемый электродвига­телями, работающими в генераторном режиме, поступает в тормозные рези­сторы RT1-RT6. Протекающий по якорным обмоткам тяговых электро­двигателей ток создает тормозной мо­мент на валах якорей, позволяющий снижать скорость движения тепловоза без пневматического тормоза.

С уменьшением скорости движе­ния, т. е. снижением частоты враще­ния якорей тяговых электродвигате­лей, уменьшаются э. д. с. и тормозной ток, а значит, снижается тормозной эффект. При работе в тормозном ре­жиме в электронный регулятор ЭР от датчиков ДТ1—ДТ3 постоянно посту­пает информация о тормозном токе. Когда скорость движения снижается до 8 км/ч, т. е. тормозной ток достига­ет определенного значения, электрон­ный блок выходных сигналов YOUT8, связанный с цепями управления про­водом 925, обеспечивает соединение с «минусом» катушки контактора КТ4 (см. рис. 212). После включения этого контактора через замыкающие кон­такты КТ4 получает питание катушка контактора КТ5, замыкающие кон­такты которого обеспечивают вклю­чение контактора КТ6. При включе­нии второй группы тормозных контак­торов резисторы RT1, КТ3 и RT5 (см. рис. 205) закорачиваются, т. е. тормоз­ное сопротивление уменьшается вдвое. Соответственно увеличивается тормозной ток и возрастает тормозной эффект, что приводит к дальнейшему снижению скорости движения тепло­воза.

На всех тормозных позициях зам­кнуты контакты КМ 13 главного бара­бана контроллера (см. рис. 212), через которые напряжение подводится к ка­тушке вентиля стояночного тормоза ВТС. Если электродинамическое тор­можение осуществляется на 2-й, 3-й или 4-й тормозной позиции, то при скорости менее 2 км/ч упоминавший­ся выше электронный блок YOUT8 че­рез провод 923 обеспечивает соедине­ние с «минусом» катушки вентиля ВТС.

При включении вентиля ВТС про­исходит быстрое наполнение тормоз­ных цилиндров сжатым воздухом дав­лением 0,2 МПа (2 кгс/см²). На пульте управления загорается лампа JICBI, подключенная параллельно катушке вентиля ВТС, сигнализируя о включе­нии пневматического тормоза. Таким образом, полная остановка тепловоза обеспечивается при помощи пневма­тического тормоза.

На 1-й тормозной позиции вентиль ВТС не включается, но полная оста­новка тепловоза возможна за счет плавного действия электродинамиче­ского тормоза. При нулевой скорости движения регулятор ЭР автоматиче­ски прекращает возбуждение тяговых электродвигателей.

Отметим, что одновременное дей­ствие электродинамического и пнев­матического тормоза исключено. При движении в тормозном режиме вход­ной сигнал в регулятор ЭР поступает от провода 202 через контакты реле РДВ2, замкнутые при отсутствии сжа­того воздуха в тормозных цилиндрах, замыкающие контакты К Т71 и провод 930. Если автоматически включится вентиль ВТС или машинист по каким-либо причинам применит пневматиче­ское торможение, то при давлении в тормозных цилиндрах 0,15 МПа (1,5 кгс/см²) контакты реле РДВ2 разо­мкнутся, и электродинамический тор­моз выключится.

Ток, протекающий по тормозным резисторам, достигает 900—950 А, вследствие чего тормозные резисторы сильно нагреваются. /Для их охлажде­ния используется электродвигатель ВМ, обмотки которого подключены параллельно тормозному резистору RT4 (см. рис. 205). Следовательно, электродвигатель ВМ, на валу якоря которого укреплено вентиляторное колесо, начинает работать с момента перехода третьего и четвертого тяго­вых электродвигателей в генератор­ный режим. С начала работы теплово­за в тормозном режиме включается вентиль ВУЖ, катушка которого сое­диняется с "минусом" через электрон­ный блок YCRB2, связанный с цепями управления проводом 950 (см. рис. 211). При включении вентиля откры­ваются жалюзи в верхней части задне­го кузова, т. е. интенсивность охлаж­дения тормозных резисторов увеличи­вается. Отключение вентиля ВУЖ, а значит, закрытие жалюзи, происходит после выключения электродинамиче­ского тормоза с выдержкой времени 30 с

При работе в тормозном режиме тяговый генератор питает шесть по­следовательно соединенных обмоток возбуждения тяговых электродвига­телей, суммарное сопротивление ко­торых равно 0,045 Ом. Следовательно, напряжение на зажимах генератора должно быть значительно ниже, чем в тяговом режиме. Для этого в схеме предусмотрено уменьшение возбуж­дения возбудителя, которое достига­ется следующим образом:

а) при работе в тормозном режиме обмотка параллельного возбуждения возбудителя питается от тягового генератора через регулируемый резистор R600 (см. рис. 210) и блокировочные контакты ЕТ12 и ЕТ14 тормозного переключателя, т. е. ток по обмотке протекает в противоположном направлении по сравнению с режимом тяги. В результате обмотка параллельного возбуждения работает согласованно с противокомпаундной, способствуя размагничиванию главных полюсов возбудителя;

б) по независимой обмотке возбудителя протекает пульсирующий (меняющийся по направлению и величине) ток. Кроме тока, протекающего
от зажима F2 к зажиму F1, в обмотке периодически появляется
ток, идущий в противоположном направлении по цепи: провод 202, блокировочные контакты ЕТ18 тормозного переключателя, провод 736, резисторы R88 и R89, провод 602, независимая обмотка возбудителя, провод 88, замыкающие контакты КВ2, провод 733, резисторы R86 и R87, провод 735, контакты ПЭ5 переключателя «Электроника», провод 953 и далее через электронный блок YKS5 регулятора ЭР и
провода 105 и 100 на «минус» вспомогательного генератора.

Ток, протекающий в обратном на­правлении (от «минуса» к «плюсу»), примерно в 12 раз меньше тока, иду­щего от «плюса» к «минусу», поэтому полного размагничивания независи­мой обмотки не происходит, но созда­ваемый ею магнитный поток (а значит, и общий магнитный поток возбудите­ля) уменьшается.

При переводе рукоятки контрол­лера на более высокую тормозную по­зицию увеличивается возбуждение тя­гового генератора, что приводит к ро­сту тока, протекающего по обмоткам возбуждения тяговых электродвига­телей. Следовательно, возрастает тормозной эффект.

Для перехода из тормозного режи­ма в тяговый машинист переводит главную рукоятку контроллера с тор­мозной позиции сначала на нулевую, а затем на 1-ю тяговую позицию. По­следовательность срабатывания аппа­ратов такова:

1) на нулевой позиции размыкаются контакты КМ 13 (между проводами
202 и 690), т. е. выключается реле РТ (см. рис. 212);

2) замыкающие контакты РТ1 (между проводами 233 и 685) обесточивают катушку контактора KB (см. рис.209), с выключением которого замыкающие контакты КВЗ (см. рис. 212) размыкаются и снимают напряжение, подаваемое на первое электронное реле времени блока YCRP4. В результате с выдержкой времени в 1 с выключается контактор КТ7.

Замыкающие контакты РТ2 (меж­ду проводами 218 и 619) разрывают цепь питания катушки вентиля ВПТ (вентиль выключается), а замыкаю­щие контакты РТ3 (между проводами 631 и 659) снимают напряжение, пода­ваемое на второе электронное реле времени блока YCRP4, с выдержкой времени в 2 с выключаются контакто­ры КТ1-КТ3, после которых отклю­чаются контакторы КТ4-КТ6 (если они в этот момент были включены);

3) на 1-й тяговой позиции замыкаются контакты КМ6 (между проводами 202 и 609) в цепи питания катушки реле РЕ (см. рис. 209), т. е. реле включается;

4) замыкающие контакты РЕ1 (между проводами 233 и 230) подготавливают цепь питания катушки контактора KB, а замыкающие контакты
РЕ2 (между проводами 723 и 644) обеспечивают включение вентиля ВПЕ;

5) на 1-й тяговой позиции тормоз­ной переключатель переводится из положения "Торможение" в положе­ние "Тяга" ("Езда"). Реверсор остает­ся в прежнем положении;

6) блокировочные контакты ЕТ15 тормозного переключателя (между проводами 218 и 629) в положении "Тяга" замыкаются, обеспечивая пи­тание катушек вентилей ВКП1— ВКПЗ (эта цепь подготавливается за­мыкающими контактами РЕЗ между проводами 629 и 612);

7) после включения поездных кон­такторов через замыкающие контак­ты КП31, КП21 и KП11 ток поступает в катушку контактора КВ.

В соответствии с заводской инст­рукцией электродинамический тор­моз разрешается применять при ско­ростях до 40 км/ч. При более высоких скоростях он может использоваться только тогда, когда тепловоз движется без состава. При движении в тормоз­ном режиме вследствие теплового действия тока возможен перегрев об­моток тяговых электродвигателей. Поэтому время электродинамическо­го торможения не должно превышать 4 мин. При этом интервал между от­дельными торможениями должен быть в полтора раза больше времени пре­дыдущего торможения.

 

Работа аппаратов защиты

Аппараты защиты подробно рас­смотрены в § 75. Ниже отмечены не­которые особенности их работы на тепловозе ЧМЭЗТ.

Защиту от боксования, кроме реле РБ, в схеме тепловоза ЧМЭЗТ выпол­няет электронный блок YKA5, уста­новленный в регуляторе ЭР (см. рис. 169). Сигналы (импульсы определен­ной частоты) поступают в блок от дат­чика боксования ЭДБ (см. рис. 205), который проводами 700 (705, 710), 5 (14, 32) и 6 (15, 39) соединен с началом и концом якорной обмотки каждого тягового электродвигателя. Схема рассчитана таким образом, что если боксования нет, т. е. падение напряже­ния на якорных обмотках всех тяго­вых электродвигателей одинаково, то разность потенциалов между плюсо­вым (провод 900) и минусовым (провод 906) зажимами датчика ЭДБ равна ну­лю. В этом случае сигналы в электрон­ный блок боксования не поступают.

При начале боксования увеличи­вается падение напряжения на обмот­ке тягового электродвигателя, якорь которого связан с боксующей колес­ной парой и поэтому вращается быст­рее. В результате между проводами 900 и 906 возникает разность потенци­алов. Когда она достигает 0,5 В блок YKA5 подает сигнал в блок YODU4, вследствие чего мгновенно уменьша­ется возбуждение возбудителя, а зна­чит, и напряжение тягового генерато­ра, что предотвращает дальнейшее боксование. При включенном пере­ключателе ПЭ «Электроника» реле РБ может и не включаться.

Блок YKA5 регулятора ЭР управ­ляет реле РБ и при выключенном пе­реключателе ПЭ. При резком увели­чении боксования он обеспечивает со­единение с "минусом" катушки реле РБ (см. рис. 211). Так как переключа­тель "Электроника" выключен, т. е. контакты ПЭ5 разомкнуты (см. рис. 208), то ток в катушку реле РУ5 посту­пает только через размыкающие кон­такты РБ1 между проводами 246 и 740. Поэтому при включении реле РБ вы­ключается реле РУ5, что приводит к тем же процессам, которые происхо­дят на тепловозе ЧМЭЗ (см. § 75).

Катушка реле A3 (см. рис. 205) про­водом 40 соединена с корпусом тепло­воза. Другой вывод катушки, соеди­ненный с проводом 47, через контакты выключателя ВРЗ подключен к «ми­нусу» тягового генератора. При про­бое на корпус в силовой цепи ток через поврежденное место проходит в ка­тушку реле РЗ, а затем уходит на "ми­нус" тягового генератора. Включение реле РЗ вызывает отключение кон­тактора KB, т. е. с дизеля полностью снимается нагрузка. Все дальнейшие переключения в цепях управления и сигнализации указаны в § 75.

При работе тепловоза в тормозном режиме образуются три самостоятель­ных контура (каждый состоит из двух якорных обмоток тяговых электро­двигателей, двух тормозных резисто­ров, двух тормозных контакторов и соединительных кабелей). Через сило­вые контакты тормозного переключа­теля ЕТ и реверсора Р все контуры непосредственно подключены к тяго­вому генератору. Поэтому реле РЗ срабатывает и в случае пробоя на кор­пус в любом из тормозных контуров.

На тепловозах ЧМЭ3Т первого вы­пуска тормозные контуры изолирова­ны от тягового генератора дополни­тельными силовыми контактами тор­мозного переключателя ЕТ (см. рис. 158, а). Поэтому в схеме применяется реле изоляции резисторов РИР, кото­рое включается при пробое на корпус в каком-либо контуре. Так как размы­кающие контакты этого реле находят­ся в цепи питания катушек вентилей ВКТ1-ВКТ3 привода тормозных контакторов, то срабатывание реле РИР приводит к их выключению.

Контуры нуждаются в защитном устройстве, не допускающем перегре­ва тяговых электродвигателей, рабо­тающих в тормозном режиме. С этой целью на тепловозе применено реле максимального тормозного тока Р1. От каждого тормозного контура часть тока нагрузки по проводам 702, 707 и 712 (см. рис. 205) через диоды Д1—ДЗ поступает в общий провод 717 и далее через резистор 601 и провод 718 —в катушку реле Р1. Протекающий по ка­тушке ток пропорционален току на­грузки, номинальное значение кото­рого (при скорости до 65 км/ч) состав­ляет 950 А. При увеличении тормозно­го тока до 1400 А, угрожающем выходом из строя тяговых электро­двигателей и тормозных резисторов, реле PI включается.

При включении реле Р/его размы­кающие контакты между проводами 630 и 631 (см. рис. 212) разрывают цепь питания катушек вентилей ВКТ1-ВКТ3, т. е. тормозные контакторы КТ1-КТ3 выключаются. Одновре­менно замыкающие контакты реле Р1 между проводами 923 и 105 обеспечи­вают соединение с «минусом» катуш­ки вентиля ВТС. Следовательно, при превышении максимально допустимо­го тормозного тока происходит авто­матический переход с электродинами­ческого торможения на пневматичес­кое.