Электрическая передача тепловоза
ELECTRIC LOCOMOTIVE TRANSMISSION

Изобретение относится к рельсовым транспортным средствам и непосредственно касается электрических передач тепловозов.
Известна электрическая передача тепловоза, состоящая из тягового генератора, получающего механическую энергию от дизеля и содержащего независимую обмотку возбуждения и якорь, системы возбуждения, которая подключена к независимой обмотке возбуждения и обеспечивает формирование внешней характеристики тягового генератора, тяговых электродвигателей, имеющих прямое электрическое соединение с якорем тягового генератора, колесных пар, механически связанных с тяговыми электродвигателями и установленных на рельсах. При этом в цепи якоря тягового генератора установлено коммутирующее устройство, которое по сигналу управления, формируемому при срыве сцепления колесных пар с рельсами, обеспечивает отключение прямого электрического соединения тяговых электродвигателей с якорем тягового генератора и подключение к якорю последовательно с тяговыми электродвигателями колесных пар через скользящие контакты, что образует цепь для прохождения тока генератора по колесным парам и рельсам. Колесные пары и скользящие контакты снабжены электрической изоляцией от других элементов конструкции тепловоза [Патент на изобретение №2314948 РФ, МПК В61С 9/00, В61С 15/08, опубл. 20.01.2008, БИ №2].
К недостаткам указанного технического решения относится то, что при подаче тока тягового генератора на колесные пары и рельсы и, следовательно, при значительном росте коэффициента сцепления электрическая передача не реализует максимально возможные тяговые качества тепловоза из-за установленного ограничения пускового тока тягового генератора.
Техническим результатом изобретения является повышение тяговых характеристик тепловоза путем кратковременного увеличения пускового тока тягового генератора в режиме трогания с места и разгона тепловоза.
Для достижения указанного технического результата в электрической передаче тепловоза, состоящей из тягового генератора, получающего механическую энергию от дизеля и содержащего независимую обмотку возбуждения и якорь, системы возбуждения, подключенной к независимой обмотке возбуждения и обеспечивающей формирование внешней характеристики тягового генератора, тяговых электродвигателей, имеющих прямое электрическое соединение с якорем тягового генератора, колесных пар, механически связанных с тяговыми электродвигателями и установленных на рельсах, причем в цепи якоря тягового генератора установлено коммутирующее устройство, которое по сигналу управления, формируемому при срыве сцепления колесных пар с рельсами, обеспечивает отключение прямого электрического соединения тяговых электродвигателей с якорем тягового генератора и подключение к якорю последовательно с тяговыми электродвигателями колесных пар через скользящие контакты, что образует цепь для прохождения тока генератора по колесным парам и рельсам, а колесные пары и скользящие контакты имеют электрическую изоляцию от других элементов конструкции тепловоза, система возбуждения снабжена регулятором ограничения пускового тока тягового генератора, который по сигналу управления, формируемому в режиме трогания с места и разгона тепловоза, обеспечивает кратковременное увеличение тока генератора для повышения силы тяги тепловоза.
Сущность изобретения поясняется чертежами:
- на фиг. 1 схематически показана электрическая передача тепловоза;
- на фиг. 2 изображена упрощенная тяговая характеристика тепловоза.
Электрическая передача тепловоза содержит (фиг.1) тяговый генератор 1 с независимой обмоткой возбуждения 2 и якорем 3, получающий механическую энергию от дизеля (на фиг. не показан), систему возбуждения 4, подключенную к независимой обмотке возбуждения 2, тяговые электродвигатели 5, имеющие прямое электрическое соединение с якорем 3 тягового генератора 1, колесные пары 6, механически связанные с тяговыми электродвигателями 5 и установленные на рельсах 7.
Колесные пары 6 через скользящие контакты 8 подключены коммутирующим устройством 9 к цепи якоря 3 тягового генератора 1 последовательно с тяговыми электродвигателями 5. Кроме того, коммутирующее устройство 9 содержит канал для отключения прямого электрического соединения тяговых электродвигателей 5 с якорем 3 тягового генератора 1.
Система возбуждения 4 снабжена регулятором 10 ограничения пускового тока тягового генератора 1.
В качестве примера на фиг. 1 приведена схема электрической передачи тепловоза на постоянном токе с двумя ведущими колесными парами. В случае применения электрических передач на переменно-постоянном или переменном токе колесные пары аналогично включаются в цепь якоря тягового генератора на выходе выпрямительной установки. При большем числе ведущих колесных пар схема также не имеет принципиальных отличий.
Электрическая передача тепловоза работает следующим образом.
K
Тяговый генератор 1 (фиг. 1) получает механическую энергию вращения от дизеля (на фиг.не показано). При этом независимая обмотка возбуждения 2 генератора подключена к системе возбуждения 4, которая обеспечивает формирование внешней характеристики тягового генератора 1. От якоря 3 генератора поступает ток питания на тяговые электродвигатели 5, что создает вращающий момент электродвигателей, передаваемый далее через механические связи (тяговые редукторы) колесным парам 6. Колесные пары 6 установлены на рельсах 7 и образуют с последними пары трения, формирующие силу тяги тепловоза. В качестве примера приведена тяговая характеристика тепловоза (фиг .2) [1], которая представляет собой зависимость касательной силы тяги F тепловоза от скорости движения V и независимо от вида электропередачи содержит в обычном режиме работы участок 11 ограничения по сцеплению, участок 12 ограничения по пусковому току тягового генератора и участок 13 ограничения по мощности дизеля. Участок 11 ограничения по сцеплению рассчитывают для сухих рельсов по известной формуле
сц
F=ΨG,
где Ψ - коэффициент сцепления колес с рельсами, достигающий максимальных значений 0,3…0,33; G - сцепной вес локомотива, а для колесной пары - осевая нагрузка.
Участок 12 ограничения по пусковому току определяют из условия реализации меньшей силы тяги, чем на участке 11 для уменьшения возможности боксования колесных пар. При этом трогание с места и разгон локомотива происходят по участку 12 с наибольшей для него силой тяги.
K
Увлажнение рельсов, попадание масла в контакт колеса и рельса и другие факторы вызывают уменьшение коэффициента сцепления Ψ на всех скоростях движения тепловоза V и, следовательно, снижение тяговой характеристики тепловоза - участок 11' (на фиг. 2). В результате возникает срыв сцепления (на фиг. 2 - точка А), приводящий к режиму боксования колесных пар и снижению силы тяги F. При необходимом числе ведущих колесных пар тепловоза и существующем ограничении нагрузки от ведущей колесной пары на рельсы нельзя значительно повысить силу тяги тепловоза без внешнего воздействия на зоны контакта колес с рельсами, увеличивающего коэффициент сцепления Ψ. По сигналу ручного или автоматического управления, формируемому в зоне боксования (на фиг. 2 - участок А-В), коммутирующее устройство 9 (фиг. 1), обеспечивает отключение прямого электрического соединения тяговых электродвигателей 5 с якорем 3 генератора и подключение к якорю 3 последовательно с тяговыми электродвигателями 5 колесных пар 6 через скользящие контакты 8. При этом образуется цепь для прохождения тока I генератора по колесным парам 6 и рельсам 7, что значительно увеличивает их коэффициент сцепления Ψ и, следовательно, максимально возможную силу тяги (на фиг. 2 - кривая 11'').
K
K
Сила тяги F тепловоза реализуется по участку 12, расположенному ниже кривой 11'' из-за установленного ограничения пускового тока тягового генератора. Для повышения тяговых качеств тепловоза система возбуждения 4 (фиг. 1) снабжена регулятором 10 ограничения пускового тока тягового генератора 1, который также по сигналу ручного или автоматического управления, формируемому в режиме трогания с места и разгона тепловоза, обеспечивает кратковременное увеличение тока генератора. Это приводит к росту тока питания тяговых электродвигателей 5, их вращающих моментов и, следовательно, к повышению силы тяги тепловоза, которое определяет положение участка 12' (фиг. 2) ниже кривой 11'' тяговой характеристики. На участке 13 ток генератора и сила тяги F быстро уменьшаются, а скорость движения тепловоза V возрастает. После прохождения точки В, представляющей собой границу выхода колесных пар из зоны боксования, схема электропередачи переводится в исходное состояние с прямым соединением тяговых электродвигателей 5 с якорем 3 тягового генератора 1.
Технико-экономическая эффективность изобретения в сравнении с прототипом заключается в том, что система возбуждения тягового генератора снабжена регулятором ограничения его пускового тока, который по сигналу управления, формируемому в режиме трогания с места и разгона тепловоза, обеспечивает кратковременное увеличение тока генератора. Это приводит к реализации максимально возможных тяговых качеств тепловоза при повышении коэффициента сцепления, обусловленном прохождением тока тягового генератора по колесным парам и рельсам.
Источник информации
Осипов С.И. и др. Основы локомотивной тяги / СИ. Осипов., К.А. Миронов, В.И. Ревич. - М.: Транспорт, 1979. - 440 с, С. 112-121.