Электровозы переменного тока со статическими преобразователями - Тихменев Б.Н.
Скачать (прямая ссылка):
В развитии электровозов переменного тока значительное место занимают попытки осуществления электровозов с простейшими асинхронными тяговыми двигателями. В Италии для решения этой проблемы применялась система трехфазного тока, которая не получила распространения из-за сложности контактной сети.
В США одновременно с мотор-генераторными электровозами строились электровозы с так называемым расщепителем фаз, представляющим однофазную синхронную машину с дополнительной обмоткой в статоре, смещенной на 90° по отношению к основной обмотке. Вращающимся потоком машины в дополнительной обмотке, называемой генераторной, наводится э.д.с., сдвинутая по фазе на 90° по отношению к напряжению трансформатора, питающего расщепитель. Присоединяя эту обмотку к средней точке вторичной обмотки трансформатора, можно получить трехфазную систему напряжений для питания асинхронных тяговых двигателей.
Так же, как мотор-генераторные, электровозы с расщепителем фаз в США строились для частоты 25 гц, но не имеется принципиальных трудностей в выполнении электровозов этой системы для 50 гц. Наоборот, при 50 гц может быть повышена скорость вращения расщепителя фаз и скорость вращения или число полюсов тяговых двигателей, что дает уменьшение веса машин. Подобная система при частоте 50 гц была осуществлена в Венгрии на известных электровозах системы Кандо, на которых вместо расщепителя фаз был применен синхронный преобразователь фаз с двумя электрически не соединенными обмотками-моторной и многофазной генераторной.
Регулирование скорости электровозов с расщепителем или преобразователем фаз осуществляется переключением числа полюсов тяговых двигателей. Редко применялось каскадное включение двигателей, при котором падает максимальный вращающий момент и неравномерно распределяются тепловые потери между двигателями. Пуск производится посредством жидкостных реостатов в роторных цепях.
Характеристики электровозов с асинхронными двигателями принципиально отличаются от характеристик электровозов постоянного тока и электровозов переменного тока как мотор-генераторных, так и электровозов с коллекторными двигателями. На каждой экономической (безреостатной) ступени при данном числе полюсов параллельного или каскадного соединения скорость электровоза в соответствии с характеристикой асинхронных двигателей почти не изменяется с нагрузкой, т. е. электровозы имеют так называемую шунтовую характеристику.
Известны попытки доказать, что такая характеристика выгодна, так как обеспечивает постоянство скорости движения и прохождение электровозом подъемов без снижения скорости, которое имеет место при падающей характеристике, свойственной двигателям
11
последовательного возбуждения. При использовании этой возможности верхняя ступень скорости должна лежать вблизи кинструк тивяой скорости электровоза. Но в этом случае движение на подъемах требует затраты очень большой мощности. Если, например, принять конструктивную скорость 100 км/ч, коэффициент тяги 0,2, то при нагрузке на осп 22 т мощность, развиваемая одной осью электровоза, будет равна 1 200 кет, а полная мощное гь шестиос-ного электровоза 7 200 кет. Необходимо также иметь в виду, что резкое повышение мощности будет даже на коротких подъемах, близких к длине поезда, так как при постоянстве скорости отсутствует использование кинетической энергии поезда. На уклонах, даже коротких, асинхронные двигатели переходят в генераторный режим и происходит рекуперативное торможение с отдачей мощности в сеть. Таким образом, движение с постоянной скоростью сопровождается бесполезным перекачиванием энергии из сети в систему поезда и обратно, что сопряжено с дополнительной нагрузкой системы энергоснабжения и лишними потерями энергии.
Поэтому практически движение с постоянной максимальной скоростью не используется, за исключением легких пассажирских поездов, а также грузовых поєздое при равнинном профиле или с подъемами очень бол ыной протяженности. На дорогах с обычным горным или холмистым профилем пути электровозы с асинхронными двигателями преодилевацт тяжелые подъемы на промежуточных ступенях скорости, т. е. косвенным путем достигается некоторое подобие падающей характеристики.
Если верхняя характеристика лежит вблизи максимальной скорости электровоза, то переключение числа полюсов дает очень грубое регулирование и интервалы скорости между экономическими ступенями получаются большими. Наиболее просто OCj ществляется переключение числа полюсов в отношении 1:2, что дает всего две ступени скорости. Ценой значительного усложнения конструкции лвигатечей, аппаратов управления, а в некоторых случаях и установки лишних машин большой мощности удается получить 3, 4 и максимально 5 экономических ступеней скорости с интервалами 15ч-¦т-25 км/ч, между которыми осуществляется реостатное регулирование с потерями энергии.
Помимо совершенно неудов петчорительных условий регулирования скорости, асинхронные двигатели требуют равенства диаметров бандажей в эксплуатации со значительно большей точностью, чем двигатели последовательного возбуждения. Для удов летворительного распределения нагрузок между двигателями необходимо, чтобы разность скоростей вращения была значительно меньше скольжения, которое для двигателей, имеющих высокий к. п. л и оольшой максимальный врашающий момент, при номинальной нагрузке составляет около 1-2 %. Соответс гвенно разност ь диаметров колес электровоза не должна превышать примерно 0,1% или (при дламетре колеса 1 200 мм) 1-1,5 мм.
