Умови роботи тягових трансформаторів

 

Тягові (головні) трансформатори входять до складу перетворювальної установки локомотива. Їхнє основне призначення – зменшення напруги мережі U_м на струмоприймачі до значення U₂, яка необхідна для живлення тягових двигунів. Можлива зміна напруги U₂ для регулювання випрямленої напруги U_d та режимів роботи двигунів. Крім того, трансформатори мають обмотки, від яких живляться ланцюги власних потреб локомотивів, а іноді й потяга [23].

Номінальна потужність трансформатора, призначена для тягових двигунів (тягова потужність), дорівнює:

(6.1)

де

- номінальна потужність тягового двигуна;

- число двигунів, які живляться від трансформатора;

- це коефіцієнт, який залежить від експлуатаційного використання локомотива та способу регулювання напруги.

Потужність трансформатора для живлення ланцюгів власних потреб локомотива визначається так:

(6.2)

де

P_{в і} – потужність і-го споживача допоміжного навантаження;

t_{тв і} – тривалість увімкненого стану;

n_ваг – розрахункове число пасажирських вагонів на один трансформатор локомотива;

P₀=30÷50 кВт – це потужність на електрообігрів одного вагона (верхня межа – при застосуванні кондиціонування).

Коефіцієнт допоміжного навантаження:

де - сумарна номінальна потужність допоміжного обладнання локомотива.

Останній член рівняння (6.2) – тільки для пасажирських електровозів та електропотягів.

Трансформатор – найбільш громіздкий елемент електрообладнання локомотива. Його недоцільно віддаляти від перемикача ступенів, теплообмінників системи охолодження, циркуляційного насоса та інших елементів допоміжних пристроїв. Тому блок трансформатора звичайно розміщують у центрі кузова.

Найбільша ширина бака трансформатора В при відсутності захисних засобів (загорожі); - при їхній наявності:

де

- внутрішня ширина кузова;

=380÷500мм – ширина проходу;

=50мм – зазор між баком та огорожею.

На електровозах трансформатор звичайно розташовують між візками таким чином, щоб його нижня частина була нижчою від рами кузова. При цьому найбільша висота трансформатора

де

- верхнє габаритне обмеження кузова відносно рейок;

– висота апаратів, встановлених на трансформаторі;

- верхній зазор між кузовом та внутрішнім обладнанням;

мм – нижнє обмеження за габаритом для підресорених частин.

Якщо все-таки необхідно встановити трансформатор над візком, то його часто виготовляють спеціальної конструкції, з горизонтальним розташуванням стрижнів. При цьому найбільша висота повинна бути

де - висота настановної поверхні рами кузова над головками рейок.

На електропотягах трансформатор підвішують під кузовом, а його найбільша висота

де

=1380мм – висота підлоги вагона над головками рейок;

÷350мм – висота рами кузова;

- монтажний зазор між трансформатором та рамою кузова.

В тягових трансформаторах застосовують інтенсивне рідинно-повітряне охолодження. Охолодження елегазом (шестифтористою сіркою) не застосовується.. Маса трансформаторів електровозів досягає 8÷15 т, а електропотягів – 2,5÷3,5 т. Питома маса на одиницю номінальної потужності для електровозів – 1,5÷2,4 , а для електропотягів – 2,7÷3,3 .

Трансформатори підресорені, тому на них не впливають значні динамічні сили, наприклад, як на тягові двигуни. Але сили, викликані динамічними прискореннями , не можна не враховувати. За дослідними даними для електровозів звичайно вертикальні динамічні прискорення ; прискорення вздовж осі колії ; перпендикулярно до осі колії – (g – прискорення вільного падіння).

Додаткові динамічні сили, які діють на окремі частини трансформатора,

(6.3)

де m, G – відповідна маса та вага певної частини.

Сумісно з силами, які викликаються тепловими деформаціями, динамічні сили можуть суттєво впливати, особливо на ізолюючі деталі.

Великий вплив на роботу трансформаторів створюють коливання первинної напруги U_м, яка викликає зміни магнітного потоку

~

де

- число витків обмотки високої напруги;

=50 Гц – частота живлячого струму.

Найбільш несприятливе підвищення напруги, оскільки при цьому суттєво зростають втрати в сталі. При розрахунках передбачають підвищення напруги на 15%, а розрахункове значення індукції в магнітопроводах встановлюють не більше, ніж 1,5 Тл.

Максимальні атмосферні й комутаційні наднапруги визначаються кратністю захисних обмежень, які забезпечують апарати та засоби захисту.

(6.4)

де - найбільша напруга, яка наближено дорівнює уставці апаратів потенціального захисту.

Ізоляцію трансформаторів від корпуса розраховують на напругу U_{м max}=75÷100 кВ.

Ймовірність короткого замкнення (к. з.) в ланцюгах тягових трансформаторів значна, що змушує підвищувати спад напруги до 10÷15%. Велика індуктивність уповільнює зростання струмів к. з. й дозволяє застосовувати головні вимикачі меншої розривної потужності. Також пом’якшуються й характеристики електрорухомого складу.

Коефіцієнт трансформації тягових трансформаторів у роботі змінюється в широких межах (виключаючи трансформатори електровозів подвійного живлення). У електровозів більшу частину часу споживана потужність менша від номінальної, а на „вибігу” та „стоянці” режим роботи близький до холостого ходу. Тому розрахункові втрати в сталі трансформатора значно менші, ніж в міді . Звичайно їхнє співвідношення оцінюють коефіцієнтом втрат

3÷6. (6.5)

При пуску частини (секції) обмотки навантажуються нерівномірно.

Для підвищення напруги окремими ступенями поступово вмикають в роботу окремі секції обмотки трансформатора. (рис. 6.1.).

Рис. 6.1. Навантаження вторинної обмотки трансформатора при пусковому регулюванні

 

Тривалість увімкненого стану кожної секції обмотки визначається часовими інтервалами в межах загальної тривалості пуску , яка відповідає загальному числу пускових позицій

Тривалість увімкненого стану будь-якої і-ї секції

Відповідно середня потужність втрат в міді

,

де активний опір і-ї секції обмотки.

Навіть при незмінних діючих струмах значення не однакові у зв’язку з різними тривалостями увімкненого стану , що призводить до нерівномірності нагрівання обмоток і може обмежувати тривалість роботи трансформатора.