Регулирование скорости движения изменением напряжения

На э.п.с. составе постоянного тока напряжение, приложенное к зажимам тяговых двигателей, изменяется путем изменения схемы их соединения. Номинальное напряжение в сети постоянного тока, а следовательно, в токоприемнике э.п.с. составляет 3000В. Тяговые электродвигатели э.п.с., как правило, изготавливают на максимальное напряжение 1500В. Таким образом, на напряжение контактной сети необходимо включить последовательно как минимум два тяговых двигателя. Если установить последовательно большее число тяговых двигателей, то напряжение на каждом из них будет меньше.

На шестиосных электровозах применяются три возможные схемы соединения тяговых двигателей (рисунок 9): последовательное, последовательно-параллельное и параллельное соединение. При последовательном соединении к зажимам каждого двигателя прикладывается по 500В, при последовательно-параллельном по 1000В, при параллельном по 1500В. Похожая картина будет и у восьмиосных электровозов с той лишь разницей, что последовательное соединение образуется восьмью последовательно соединяемыми двигателями (напряжение 375В), последовательно-параллельное двумя группами из четырех последовательно соединяемых двигателей (напряжение 750В), а параллельное четырьмя группами по два последовательно соединяемых двигателя (напряжение 1500В).

Рисунок 9. Схемы соединения тяговых электродвигателей: а) – последовательное соединение; б) – последовательно-параллельное соединение; в) – параллельное соединение.

На четырехосных электровозах и электропоездах ЭР1 и ЭР2 используются две схемы соединения двигателей: последовательное (750В на один двигатель) и параллельное (1500В на один двигатель). Тяговые электродвигатели электропоездов ЭД4, ЭР2Т, ЭР2Р, ЭР22 рассчитаны на напряжение 750В, поэтому используется только последовательное их соединение.

На электроподвижном составе переменного тока изменение напряжения подводимого к тяговым электродвигателям осуществляют изменением числа витков первичной (рисунок 10,а) или вторичной (рисунок 10,б) обмотки тягового трансформатора.

Рисунок 10. Управление изменением напряжения на э.п.с. переменного тока: а) –регулирование на стороне низшего напряжения; б) – регулирование на стороне высшего напряжения.

Известные электромеханические характеристики для одного напряжения, например 500В при последовательном соединении (рисунок 9,а) могут быть достаточно просто пересчитаны на другое напряжение, например 1000В при последовательно-параллельном соединении (рисунок 9,б). Такие же действия могут быть выполнены при изменении напряжения на э.п.с. переменного тока.

Применяется следующий порядок пересчета характеристики с напряжения на напряжение . Пользуясь формулой (4) определяют частоту вращения вала двигателя при напряжении и токе тягового двигателя :

. (17)

Аналогично вычисляют частоту вращения тягового двигателя при напряжении и токе тягового двигателя :

. (18)

Разделив (18) на (17) получим:

; (19) т.е. частоты вращения будут прямопропорциональны э.д.с. тягового двигателя. Выражение (19) можно записать в следующем виде:

. (20)

Падение напряжение на валу тягового двигателя (мощность несколько сотен кВт) по сравнению с приложенным к его зажимам напряжением составляет не более 2-4%, поэтому с достаточной точностью можно записать:

. (21)

Как видно из выражений (7) и (8) электромагнитный и вращающий момент от приложенного к зажимам тягового двигателя напряжения не зависят, а, следовательно, при тех же значениях тока и магнитного потока останутся неизменными. Следовательно, не изменится и создаваемая двигателем сила тяги. Электромеханические характеристики при различном напряжении будут иметь тот же вид, что и на рисунке 8,а.

С учетом выражений (11) и (21) можно записать:

. (22)

Тяговая характеристика э.п.с. с двигателями последовательного возбуждения, при различных значениях подведенного напряжения будет иметь вид, показанный на рисунке 11.

Рисунок 11. Тяговая характеристика э.п.с. при различных значениях подведенного напряжения.

1 – тяговая характеристика при напряжении U_Д1; 2 – тяговая характеристика при напряжении U_Д2; 3 – тяговая характеристика при напряжении U_Д3; 4 – ограничение по сцеплению колес с рельсами; U_Д1 < U_Д2 < U_Д3.