Сравнительный анализ автоматических систем регулирования возбуждения тяговых генераторов тепловозов 2ТЭ10 и 2ТЭ116.

Ответ- Элементы автоматического регулирования возбуждения тягового генератора.

Магнитные усилители. Если по катушке со стальным сердечником проходит переменный ток, то в ней преобладает индуктивное сопротивление. Ток, протекающий по катушке, образует в сердечнике магнитный поток. Обычно величина потока определяется по характеристике намагничивания в зависимости от магнитодвижущей силы (м. д. с), равной произведению тока на число витков катушки и выражающейся в амперах. При увеличении м. д. с. поток в сердечнике возрастает вначале пропорционально, затем возрастание его замедляется в результате магнитног" часыщения материала сердечника. При насыщении материала сердечника индуктивное сопротивление катушки значительно уменьшается.

Рассмотрим устройство, представляющее замкнутый стальной сердечник с двумя катушками. Одну из них подключим к источнику напряжения переменного тока. Если в сердечнике создается магнитный поток, недостаточный для его насыщения, то в этом случае индуктивное сопротивление катушки будет значительным, а сила тока в ней - небольшой. Подключим теперь другую катушку к источнику напряжения постоянного тока. Эту катушку, а также протекающий в ней ток и ее м. д. с. назовем подмагничивающими. С увеличением тока подмагничивания сердечник насыщается и индуктивное сопротивление катушки, подключенной к источнику напряжения переменного тока, уменьшается, а ток в ней возрастает. Таким образом с помощью постоянного тока подмагничивания можно управлять значением переменного тока в катушке. Обмотку подмагничивания называют обмоткой управления. Описанное устройство, представляющее собой замкнутый стальной сердечник с двумя катушками (переменного тока и постоянного тока подмагничивания), называется управляемым дросселем. Для дросселя с сердечником из высококачественного магнитного материала, когда ток управления отсутствует, индуктивное сопротивление обмотки переменного тока очень велико, а ток в ней незначителен. С увеличением тока управления среднее значение переменного тока возрастает.

Простейший магнитный усилитель МУ состоит из двух управляемых дросселей (рис. 81, а). Обмотки управления дросселей обычно соединяют последовательно или же вместо двух обмоток применяют одну обмотку ОУ, охватывающую сердечники обоих дросселей. Обмотки переменного тока (рабочие обмотки) ОР1 и ОР2 также соединяют последовательно, включая в их цепь резистор нагрузки СН. Как и в обычном трансформаторе, в управляющих обмотках дросселей наводится переменное напряжение, нарушающее работу МУ. Чтобы избежать его вредного влияния, рабочие обмотки соединяют последовательно таким образом, чтобы наводимые ими э. д. с. были направлены встречно друг другу и взаимно компенсировались.

Рис. 81. Принципиальная электрическая схема магнитного усилителя: ОУ-обмотка управления; ОР1, ОР2- рабочие обмотки; СИ- резистор нагрузки, В-выпрямитель

Рис. 82

На схеме МУ, показанной на рисунке 81,б), через нагрузочный резистор протекает не переменный, а постоянный ток, поскольку резистор включен через выпрямительный мост В. Если включить обмотку возбуждения электрической машины в качестве нагрузки усилителя, то таким усилителем можно регулировать значение тока в ней. Мощность нагрузки усилителя во много раз больше мощности цепи управления. Отношение этих мощностей называется коэффициентом усиления по мощности.

В системе автоматического регулирования возбуждения генератора тепловоза используются магнитные усилители: амплистат АВ-ЗА, трансформаторы постоянного тока ТПТ-21 и ТПТ-22 и трансформатор постоянного напряжения ТПН-ЗА.

Амплистат АВ-ЗА. Высокий коэффициент усиления дает магнитный усилитель, рабочие обмотки которого включены последовательно с выпрямителями Д1—Д4 (рис. 82). При этом ток в рабочих обмотках будет пульсирующим. Положим, что в первый полупериод ток пройдет по выпрямителю ДЗ, резистору нагрузки СН, выпрямителю Д2, обмотке ОР1. Во второй полупериод ток пройдет по обмотке ОР2, выпрямителю Д1, резистору нагрузки СН, выпрямителю Д4. Значение тока можно рассматривать как результат сложения обычного переменного тока с постоянным током определенного значения. Постоянная составляющая тока, протекающая по рабочим обмоткам, подмагничивает усилитель. Таким образом, рабочие обмотки являются одновременно и подмагничивающими, что приводит к значительному увеличению коэффициента усиления. Такой усилитель называется усилителем с внутренней обратной связью, или с самопод- магничиванием. Электрическая схема магнитного усилителя с внутренней обратной связью большего значения (точка Б). Для усилителя без обратной связи в этом случае ток нагрузки (ток выхода) очень мал. При протекании тока по обмотке (обмоткам) управления напряжение выхода и амплистата возрастает до максимального значения (точка В), если результирующая м. д. с. обмоток управления Б (подмагничивания) положительна, и снижается до малого значения (точка А), если результирующая м. д. с. отрицательна.

Рис. 83. Характеристика амплистата АВ-ЗА

В электрической схеме тепловоза магнитный усилитель типа АВ-ЗА предназначен для непосредственного регулирования тока возбуждения возбудителя. Магнитные усилители с внутренней обратной связью называют амплистатами. Амплистат однофазный, кроме рабочих обмоток РО, имеет две подмагни-чивающие обмотки: задания ОЗ и регулировочную ОР; размагничивающую обмотку управления ОУ и стабилизирующую ОС. Нагрузкой рабочих обмоток амплистата является обмотка возбуждения возбудителя. Выходное напряжение амплистата в каждый момент зависит от суммарной магнитодвижущей силы его сердечников, создаваемой взаимодействием магнитных потоков от каждой из обмоток с учетом их направления. Трансформаторы постоянного тока ТПТ-21 и ТПТ-22. Трансформатор постоянного тока (ТПТ), являющийся источником тока, позволяет получить сигнал в систему тепловоза, пропорциональный току одного или двух тяговых электродвигателей. На каждом из двух сердечников (рис. 84) имеется по рабочей обмотке. Рабочие обмотки соединены между собой последовательно встречно, образуя вместе с нагрузкой рабочую цепь, которая питается напряжением переменного тока от распределительного трансформатора ТР. Ток нагрузки выпрямляется мостовым выпрямителем БВ. Управляющей обмоткой служат силовые провода, проходящие через центральное отверстие трансформатора от тягового генератора к тяговым электродвигателям. Индуктивное сопротивление рабочих обмоток изменяется под действием подмагничивания постоянным током тягового генератора. Сердечник намагничивается одновременно постоянным и переменным током. В каждый полупериод переменный поток, создаваемый рабочим током, в одном из сердечников совпадает по направлению с постоянным потоком, а в другом "Имеет обратное направление. Вследствие этого первый сердечник переходит в насыщенное состояние, второй будет ненасыщен. Пока сердечник находится в ненасыщенном состоянии, в нем уравновешиваются м. д. с. управляющей и рабочей обмоток. Быстродействие ТПТ обусловлено тем, что благодаря балансу магнитодвижущих сил в насыщенном сердечнике рабочий ток практически мгновенно следует за измеряемым током тяговых электродвигателей. Пропорциональность выходного сигнала (рабочего тока) ТПТ току тяговых двигателей достигается благодаря действию принципа равенства магнитодвижущих сил первичной обмотки (силовые провода) и вторичной (рабочие обмотки).

Рис. 84. Схема включения трансформатора постоянного тока

Тепловозы 2ТЭ116, начиная с 1991 г., выпускаются с электродинамическим тормозом.

Возбуждение тягового генератора производится однофазным возбудителем переменного тока, который имеет привод от заднего редуктора дизеля. Ток возбуждения тягового генератора регулируется в блоке тиристорных выпрямителей. При изменении угла открытия тиристоров изменяется ток возбуждения тягового генератора. В схеме предусмотрен режим аварийного возбуждения (при отказе элементов основной схемы).Для пуска дизель-генератора применяется стартер-генератор , который в момент пуска, получая питание от аккумуляторной батареи, работает в режиме электродвигателя постоянного тока' с последовательным возбуждением и приводит во вращение вал дизель-генератора через его задний редуктор. После пуска дизеля стартер-генератор работает в генераторном режиме и питает цепи управления тепловоза, освещения, электродвигателя привода тормозного компрессора, зарядки аккумуляторной батареи, электродвигателя вентилятора кузова, отопительно-вентиляционного и топливоподкачивающего агрегатов. Возбудитель и стартер-генератор установлены на корпусе тягового генератора и соединены с задним редуктором дизеля упругими муфтами втулочно-пальцевого типа.

Вырабатываемый тяговым генератором переменный ток выпрямляется установкой , выполненной в виде двух параллельно работающих выпрямительных мостов. Каждый мост питается от одной из "звезд" статорных обмоток тягового генератора. К выпрямительной установке параллельно подключены шесть тяговых электродвигателей, которые через одноступенчатые тяговые редукторы с упругими ведомыми зубчатыми колесами, насаженными на оси колесных пар, приводят в движение тепловоз. Необходимый диапазон скоростей движения тепловоза, при которых используется постоянная мощность дизеля достигается за счет применения автоматического регулирования напряжения генератора и автоматического ослабления возбуждения тяговых электродвигателей. На тепловозе применяются две ступени ослабления возбуждения: 36 и 60 %.

2) Процесс боксования тепловоза. Предпосылки возникновения боксования. Мероприятия, проводимые для снижения возникновения и защиты от боксования.

Ответ- Боксова́ние - термин, применяемый на железнодорожном транспорте для обозначения явления проскальзывания колёсных пар (локомотива) по отношению к поверхности рельса, при котором поверхность качения колёсной пары имеет линейную скорость выше, чем поверхность рельса, по которой колёсная пара катится. После срыва в боксование коэффициент трения между колесом и рельсом резко уменьшается, и самопроизвольно боксование прекратиться уже не может. Длительное не прекращающееся боксование называется разно́сным боксова́нием. Противоположным боксованию является юз - заклинивание колёс при торможении.

При боксовании тепловоза, электровоза или МВПС с электроприводом происходит резкое увеличение частоты вращения тяговых двигателей, что в первую очередь резко ухудшает коммутацию и может вызвать круговой огонь по коллектору.

При разносном боксовании частота вращения якоря ТЭД резко увеличивается, увеличиваются центробежные силы, действующие на якорную обмотку, уложенную в пазах якоря, и может произойти размотка бандажа якоря, выдавливание клиньев, удерживающих обмотку, и петель самой обмотки из пазов. Тяговый двигатель повреждается в таком объёме, что требует капитального ремонта. При боксовании на головке рельса образуются пропилы и волнообразный износ рельс. Известны случаи, когда в результате неграмотных действий машиниста образовывались пропилы, полностью «съедавшие» головку рельса. От сильного трения металл разогревается, в результате чего вскоре выкрашивается.

Причины боксования и условия возникновения - Боксование возникает на локомотиве или моторном вагоне МВПС вследствие превышения реализуемой колёсной парой силой тяги силы сцепления колеса с рельсом. Возникновению и развитию явления боксования способствуют:

- увлажнение поверхности рельса во время слабого дождя (сильный дождь, напротив, способствует очистке головки рельса и повышает сцепление);

- загрязнение поверхности рельса или поверхности катания бандажа колёсной пары маслянистыми жидкостями (масла, смазки, жир);

- разгрузка оси ТПС ввиду неправильной развески ТПС;

- разгрузка первой оси в каждой тележке ТПС ввиду момента, возникающего при реализации тягового усилия;

- наличие на колёсной паре большого проката, что уменьшает пятно контакта колеса и рельса;

- нахождение тягового подвижного состава в кривой малого радиуса (при этом неизбежно возникает проскальзывание, так как колесо, идущее по внешней нитке рельсового пути, проходит путь больший, чем колесо, идущее по внутренней нитке).

Мероприятия, проводимые для снижения возникновения процесса боксования -

Для предотвращения используются системы, догружающие первую по ходу движения колёсной пары в каждой тележке, системы анализирующие разницу тока по двигателям одной тележки. Для прекращения возникшего боксования используются следующие методы:

- подача в зону контакта колеса и рельса песка или другого абразивного материала;

- уменьшение силы тяги, реализуемой тяговым двигателем;

-уменьшение окружной скорости вращения колёсной пары путём применения прямодействующего тормоза локомотива.

Последний из методов запрещён Правилами технической эксплуатации, так как при его применении перегревается бандаж колёсной пары, что может привести к его провороту.

Реле боксования служит для обнаружения боксования колесных пар тепловоза, воздействия на электрическую передачу с целью подавления возникшего боксования и сигнализации машинисту о его возникновении.

Реле боксования (рис. 9.24, а) имеет катушку с сердечником , закрепленную на магнитопроводе . На оси устанавливается якорь с плунжером и подвижным контактом. Положение плунжера регулируется винтом. Якорь удерживается в выключенном положении пружиной с регулировочным винтом. Неподвижные контакты и установлены на общей стойке. Три реле боксования, смонтированные на общей панели , образуют блок боксования.

Рис. 9.24. Реле боксования

Принцип обнаружения возникшего боксования основан на сравнении напряжений или токов тяговых двигателей боксующей и небоксующей колесных пар. При увеличении частоты вращения колесных пар (возникновении боксования) и последовательном соединении двух или более тяговых двигателей напряжение на двигателе, связанном с боксующей колесной парой, увеличивается, а на двигателе, соединенном с ним последовательно,— уменьшается. В диагонали моста, образованного якорями двигателей 1 и 2 и резисторами СРБ (рис. 9.24,6), создается разность потенциалов и реле РБ включается. При параллельном соединении тяговых двигателей (рис. 9.24, в) катушка реле РБ включена между выводами ЯЯ якорей тяговых двигателей. При боксовании одной из колесных пар ток якоря связанного с ней тягового двигателя уменьшается и потенциал в точке а (или б) также уменьшается (уменьшается падение напряжения на обмотках главных ГП и добавочных ДП полюсов). Под действием разности потенциалов между точками а и б по катушке проходит ток и реле включается. Схемы обнаружения боксования, основанные на сравнении напряжений или токов тяговых двигателей, имеют общий недостаток: при одновременном боксовании с равными или близкими скоростями колесных пар, двигатели которых контролируются одним реле, боксование обнаружить невозможно.

Для прекращения боксования нужно уменьшить момент (или мощность) тягового двигателя боксую-щей колесной пары. Для этого один контакт реле боксования включается в схему возбуждения ТЯГОВОГО генератора, обеспечивая снижение возбуждения, т. е. и мощности тягового генератора. Второй контакт включает звуковой (или световой) сигнал машинисту.

3) Электрическая дуга и ее гашение. Дугогасительные устройства электрических аппаратов. Основные элементы и расчет дугогасительного устройства.

Ответ- Размыкание электрической цепи при сколько-нибудь значительных токах и напряжениях, как правило, сопровождается электрическим разрядом между расходящимися контактами. Воздушный промежуток между контактами ионизируется и становится на некоторое время проводящим, в нем возникает дуга. Тем или иным способом дуга гасится, т. е. ток в цепи падает от начального значения до нуля, Физический процесс отключения состоит в деионизации воздушного промежутка между контактами, т. е. в превращении его в диэлектрик и прекращении вследствие этого электрического разряда. При особых условиях - очень малых токах и напряжениях, разрыве цепи переменного тока в момент перехода тока через нуль и некоторых других - расхождение контактов может произойти без электрического разряда. Такое отключение называется безыскровым разрывом. Электрическая дуга сопровождается высокой температурой и связана с этой температурой. Поэтому дуга - явление не только электрическое, но и тепловое.

В обычных условиях воздух является хорошим изолятором. Так, для пробоя воздушного промежутка в 1 см требуется приложить напряжение не менее 30 кВ. Для того чтобы воздушный промежуток стал проводником, необходимо создать в нем определенную концентрацию заряженных частиц - отрицательных, в основном свободных электронов и положительных ионов. Процесс отделения от нейтральной частицы одного или нескольких электронов и образования свободных электронов и положительно заряженных частиц - ионов - называется ионизацией.