Реостатный пуск тяговых двигателей. На электропоездах ЭР2 предусмотрен реостатный пуск с переключением тяговых двигателей с последовательного на последовательно-параллельное соединение. Пусковые резисторы включаются в цепь тяговых двигателей как в первом, так и во втором случае. На электропоездах ЭР2Р пуск осуществляется при постоянном последовательном соединении тяговых двигателей.

Пуск электропоезда стараются сделать плавным. Для этого используют включенные последовательно с двигателями пусковые резисторы г1 (рис. 154). Они уменьшают приложенное к двигателю напряжение, а следовательно, и пусковой ток. По мере увеличения скорости поезда пусковые резисторы постепенно выводят, т. е. уменьшают их сопротивление.

На электропоездах уменьшение сопротивления пусковых резисторов производят ступенчато. Для этого пусковые резисторы разбивают на несколько секций (г1 —г4), которые постепенно замыкают накоротко посредством контакторов 1—4.

Задаваясь рядом произвольных значений тока обмотки якоря при данном сопротивлении резистора, можно получить необходимое число точек для построения реостатной характеристики как при последовательном, так и при последовательно-параллельном соединении тяговых двигателей.

- В процессе пуска происходят некоторые колебания тока, но при достаточно большом числе ступеней эти колебания не оказывают на тяговые двигатели вредного влияния. Для пуска моторных вагонов электропоезда ЭР2 предусмотрено восемь реостатных ступеней при последовательном соединении двигателей и четыре ступени при последовательно-параллельном соединении. Сопротивление пусковых резисторов подбирают из условия, чтобы пусковой ток не превышал допустимого для тягового двигателя значения и чтобы двигатель при этом создавал требуемый вращающий момент. Число ступеней сопротивления определяется допустимыми колебаниями пускового тока.

Зависимость скорости поезда от тока двигателя при полностью выведенных пусковых резисторах называют скоростной естественной характеристикой. Она показывает, что при малых токах скорость поезда резко возрастает и снижается при увеличении тока (кривая 9 на рис. 155). Эту естественную характеристику двигателя иначе называют автоматической, так как при работе по ней двигатель автоматически изменяет развиваемый им вращающий момент и частоту вращения в зависимости от тока обмотки якоря. При включении последовательно с двигателем пусковых резисторов получают ряд так называемых реостатных характеристик, которые располагаются ниже естественной (безреостатной) характеристики. Каждой ступени пускового сопротивления соответствует своя кривая, причем чем больше сопротивление, тем ниже эта кривая располагается. Для любого произвольного значения тока /, по приведенным характеристикам можно определить скорость поезда на каждой ступени реостатного пуска.

Рассмотрим диаграмму изменения тока тягового двигателя при пуске. Напряжение на двигателе во время пуска увеличивается ступенями (из-за вывода

Рис. 154. Упрощенная схема соединения пусковых резисторов и тягового двигателя с последовательным возбуждением

пусковых резисторов), вследствие чего пусковой ток колеблется около некоторого среднего значения, определяющего интенсивность пуска. Наибольший пусковой ток тяговых двигателей обычно ограничивается коэффициентом сцепления (во избежание боксования).

Пуск начинается по реостатной характеристике 1, затем по мере увеличения скорости ток двигателя постепенно уменьшается, и при достижении им некоторого нижнего предела выводят (закорачивают) первую секцию пускового резистора. При этом ток резко возрастает, так как происходит переход на реостатную характеристику 2. Затем, как и в первом случае, по мере увеличения скорости ток будет спадать до некоторого значения, при котором произойдет закорачивание второй секции пускового резистора, т. е. переход на реостатную характеристику 3. Этот процесс будет повторяться до тех пор (см. кривые 4— 8), пока тяговые двигатели не начнут работать на своей естественной безреостатной характеристике 9.

Переключение ступеней пусковых резисторов осуществляется автоматически с помощью реле ускорения, контролирующего спадание тока. Реле ускорения срабатывает, когда пусковой ток уменьшается до тока уставки реле (для электропоезда ЭР2 он равен 175 А).Реле ускорения воздействует на реостатный контроллер, который, приходя в действие, обеспечивает срабатывание контактов, закорачивающих секции пусковых резисторов. Процесс пуска при ступенчатом выведении пусковых резисторов моторного вагона электропоезда ЭР2 поясняется рис. 156.

Рис. 157. Схема последовательного соединения тяговых двигателей

При переходе на последовательно-параллельное соединение тяговых двигателей пусковые резисторы вводятся вновь, а затем выводятся в таком же порядке. Необходимо отметить, что при последовательном соединении тяговых двигателей первая ступень реостатного пуска, как правило, имеет фиксацию. Эта ступень служит для маневровых работ, где необходимы низкие скорости передвижения.

Наибольший пусковой ток определяется силой тяги по условиям сцепления. Наибольшая сила тяги по условиям сцепления /•'щах Рф- Ю-3 (где Р — вес моторного вагона, Н; т£ — коэффициент сцепления).

Наибольший ток при реостатном пуске и ускорении 0,4—0,8 м/с2 не должен превышать 20 % его среднего значения. Так как по условиям сцепления тяговое усилие не всегда можно полностью использовать, на электропоездах предусмотрена возможность автоматического пуска при пониженной уставке реле ускорения, равной 120 А.

На электропоездах, кроме автоматического пуска, предусмотрен ручной пуск. Его используют при неисправностях в цепях автоматического пуска и при разгоне электропоезда на крутых подъемах. Пусковое ускорение зависит от заселенности вагонов пассажирами. Ускорение заселенного поезда резко снижается по сравнению с ускорением незаселенного поезда. Уменьшение ускорения может достигать 25 %, что составляет примерно 0,15—0,17 м/с2.

На электропоезде ЭР2Р недостатки автоматического пуска устраняются специальным авторежимным устройством, которое воздействует на уставку реле ускорения в зависимости от заселенности моторных вагонов пассажирами. Выбор тока уставки производится с учетом заселенного вагона. По мере снижения степени заполнения вагона пассажирами ток уставки реле благодаря авторежимному устройству автоматически понижается, обеспечивая стабильность тяги независимо от загруженности поезда, т. е. практически ускорение при разгоне постоянное. На электропоездах ЭР2Р, кроме того, на пульте управления машиниста смонтирована рукоятка для регулирования уставки реле ускорения вручную (БРУ). С помощью этой рукоятки можно задавать ускорение. Однако в практических условиях на процесс пуска поезда значительное влияние оказывают колебания напряжения в контактной сети, расхождение характеристик тяговых двигателей, разница диаметров бандажей колесных пар и др.

Регулирование скорости движения электропоезда. Скорость движения можно регулировать, либо увеличивая приложенное напряжение к тяговым двигателям, либо ослабляя магнитный поток в обмотках возбуждения тяговых двигателей. Напряжение на двигателях можно повысить путем пересоединения их с последовательного (рис. 157) на последовательно-параллельное соединение (рис. 158).

I-(Г)-0-1

Рис. 158. Схема последовательно-параллельного соединения тяговых двигателей

Рис. 159. Упрощенная схема прохождения тока при последовательном соединении тяговых двигателей с полностью выведенными пусковыми резисторами

При последовательном соединении тяговых двигателей /—4 и полностью выведенных пусковых резисторах напряжение на каждом двигателе составляет 750 В, а при последовательно-параллельном —Т500 В, т. е. в 2 раза больше. На последней ходовой позиции при последовательном соединении тяговых двигателей секции пусковых резисторов уже не закорочены, но ток по ним не идет, так как контакторы 171 и 172 (рис. 159) разомкнуты.

Для осуществления перехода на последовательно-параллельное соединение замыкают контакторы 171 и П2 (рис. 160), подключающие параллельно цепи четырех последовательно соединенных двигателей 1—4 два резистора сопротивлением по 8,83 Ом каждый. При этом в цепи пусковых резисторов устанавливается ток около 170 А, который примерно равен току, проходящему через группу двигателей /г1 г» /г2 « /д. В идеальных условиях при равенстве сопротивлений г1 и т2 и замкнутом контакторе М потенциалы точек А и Б будут одинаковы и равны половине напряжения сети. В этом случае ток через контактор М не течет и при размыкании контакта М ток тяговых двигателей не изменяется.

В практических условиях сопротивления цепей тяговых двигателей и пусковых резисторов неодинаковы, потому через контактор М может протекать уравнительный ток в ту или иную сторону. Ток может проходить по двум цепям: через двигатели /, 2, контактор М (/„), двигатели 3, 4 и далее «земля» и через контактор 171, резистор т2, контактор М, в обратном направлении (/г), резистор г1, контактор 172 и далее «земля». Таким образом, при неодинаковых сопротивлениях этих цепей может протекать уравнительный ток /ур = /д — /г; при /д = 1Т ток />р = 0.

На окончательном этапе переключения двигателей отключают мостовой контактор М (рис. 161), в результате чего тяговые двигатели /—4 оказываются соединенными в две параллельные группы с полностью введенными пусковыми резисторами. После выведения пусковых резисторов напряжение на каждом тяговом двигателе окажется в 2 раза больше, чем при последовательном соединении, а именно 1500 В.

Другим способом регулирования скорости является ослабление возбуждения тяговых двигателей. Применяя ослабление возбуждения, увеличивают число ходовых характеристик тяговых двигателей. При контакторном ступенчатом регулировании параллельно обмоткам возбуждения тяговых двигателей

Рис. 160. Упрощенная схема перехода с последовательного соединения на последовательно-параллельное

Рис. 161. Упрощенная схема последовательно-параллельного соединения тяговых двигателей н пусковых резисторов

включают резисторы, тем самым уменьшая ток в обмотках возбуждения и магнитный поток обмотки.

Из формулы п = (и — /2/?)/(С1Ф) следует, что при уменьшении магнитного потока Ф обмотки возбуждения будет увеличиваться частота вращения якоря п.

В начальный момент пускового процесса для быстрейшего увеличения силы тяги тяговый двигатель должен иметь полное возбуждение и лишь после того, как он начнет работать на своей естественной характеристике, применяют ослабление возбуждения. На моторных вагонах электропоезда ЭР2 используют две ступени ослабления возбуждения. При включении контактора / (рис. 162) включается первая ступень ослабления возбуждения, при которой параллельно обмотке возбуждения ОВ включается резистор

При замыкании контактора 2 включается вторая ступень ослабления возбуждения, т. е. шунтируется резистор #ш и уже большая часть тока якоря ответвляется в шунтирующую цепь. При первой ступени возбуждение ослабляется на 33 %, при второй— на 50 %.

Ток якоря /я в точке 0 разветвляется по двум цепям, распределяясь обратно пропорционально их сопротивлениям.

Степень ослабления возбуждения характеризуется коэффициентом возбуждения р, т. е. отношением магнитодвижущей силы обмотки возбуждения при ослабленном возбуждении к магнитодвижущей силе обмотки возбуждения при полном возбуждении. Этот коэффициент

3 ■--=/„ Ш/(/яШ)---/„;7я,

где ]в — ток обмотки возбуждения; /я — ток обмотки якоря; ш — число витков обмотки возбуждения.

В частности, при ослаблении возбуждения на 50 %, когда |3 = 1/2, получаем /?ш = гв.

Указанный способ ослабления возбуждения не требует наличия специальных выводов от обмотки возбуждения тягового двигателя и позволяет легко получить несколько ступеней ослабления возбуждения. Однако при шунтировании обмотки возбуждения необходимо применять дополнительные меры для того, чтобы сохранить требуемое распределение тока между обмотками возбуждения и шунтирующим резистором при переходных процессах, возникающих в случаях внезапного исчезновения напряжения в контактной сети или резких изменений режима работы двигателя.

В эксплуатации возможны случаи, когда при работе с ослабленным возбуждением токоприемник электропоезда кратковременно отрывается от контактного провода. При восстановлении контакта между токоприемником и контактным проводом в первый момент из-за большой индуктивности обмотки возбуждения ток двигателя пойдет в основном по шунтирующему резистору, а ток в обмотке возбуждения будет мал. Это снижает э. д. с. двигателя и приводит к резкому возрастанию тока обмотки якоря. Бросок тока / „ вызывает нарушение нормальной коммутации и/появление, кругового огня на коллекторе. Кроме

того, из-за большой скорости изменения тока возникают большие коммутационные перенапряжения, которые могут вызывать пробой изоляции обмотки якоря.

Для предотвращения указанных явлений последовательно с шунтирующим резистором включают индуктивный шунт ИШ . Индуктивность катушки подбирают так, чтобы индуктивность обмотки возбуждения была равна индуктивности шунтирующей цепи. При соблюдении этого условия переходные процессы не будут влиять на распределение токов /в и /иш и бросок тока / „ будет небольшим.

Рассмотрим физическую сторону процесса ослабления возбуждения. Предположим, что, введя шунтирующий резистор /?ш, мы уменьшили поток возбуждения от значения Ф, до значения Ф2. Изменением частоты вращения якоря тягового двигателя в первый момент времени можно пренебречь и считать, что кратковременные переходные электрические процессы в тяговом двигателе происходят при постоянной частоте вращения якоря.

Если /ПГ1 и /оп — токи при полном и ослабленном возбуждении, то

1пп = (и — С, Ф,/г)/# и 10П = (Ц — С1Фгп)/Я,

откуда

/оп/^ип = (^-С1 Ф2 п)/(и-Сх фгп).

Из последней формулы следует, что если, как обычно Е = СФп = (0,90 -г--г- 0,96) I/, то изменению потока Фх/Ф2 соответствует во много раз большее изменение тока обмотки якоря /ои//п„. Пусть, например, Ф2 = 0,8Фг и Е = 0,92сЛ Тогда /оп//п„ = (1 —0,8-0,92)/(1 —0,92) = = 3,3, т. е. при уменьшении потока возбуждения всего на 20 % ток обмотки якоря увеличивается в первый момент в 3,3 раза.

Так как ток якоря увеличивается в значительно большей степени, чем уменьшается поток возбуждения, то вращающий момент на валу двигателя при ослаблении возбуждения увеличится. Кратность его увеличения определяется отношением

сЛпФ8/(Сх/„Ж) « //р..

Увеличение вращающего момента ведет к возрастанию силы тяги и скорости движения поезда. С увеличением последней растет э. д. с. и уменьшается ток обмотки якоря тягового двигателя. Процесс нарастания скорости и уменьшения тока обмотки якоря будет продолжаться до тех пор, пока вращающий момент на валу тягового двигателя не уравновесится моментом сил сопротивления. При достижении этого условия двигатель начинает работать в новом установившемся режиме, определяемом током ОбМОТКИ ЯКОрЯ /оп, СИЛОЙ ТЯГИ ^пп и

скоростью поезда и' (рис. 163).

Реверсирование тяговых двигателей.

Реверсирование, т. е. изменение направления вращения якорей тяговых двигателей, как правило, производят, изменяя направление тока в обмотках возбуждения. Для этого концы обмоток возбуждения переклю-

Рис. 162. Схема соединения обмоток при ослаблении возбуждения тягового двигателя

Рис. 163. Изменение силы тяги и скорости при переходе с полного на ослабленное возбуждение тяговых двигателей

Рис. 164. Схема реверсирования тяговых двигателей

чают специальным аппаратом — реверсором. Если включены нечетные контакторы В1 и ВЗ (рис. 164), то ток в обмотках возбуждения пойдет в направлении от конца К1 к концу К2. При переключении реверсора на четные контакторы В2 и В4 происходит изменение направления тока в обмотках возбуждения при прежнем направлении тока в обмотках якорей.

Переключение реверсора происходит при обесточенной цепи, поэтому контакторы выполнены без дугогашения. Описанный способ реверсирования считают наиболее удобным, так как обмотки возбуждения тяговых двигателей включены в электрическую цепь после обмоток якорей и напряжение на их зажимах составляет лишь 5—6 % напряжения, подводимого к двигателю. Условия работы реверсора в этом случае облегчаются. На опытном электропоезде ЭР2И для упрощения схемы импульсного регулирования отказались от традиционного решения и реверсируют обмотки якорей.

Физический смысл реверсирования сводится к тому, что после переключения концов обмотки возбуждения в ней изменяется направление прохождения тока на противоположное, меняется направление магнитного потока, и электромагнитные силы начинают действовать на якорь в противоположном направлении, заставляя его вращаться в обратную сторону.

Режимы работы и параметров тяговых двигателей | Электропоезда ЭР2 и ЭР2Р | Электрическое торможение