2.8 Регулирование силы тяги тепловоза

Регулирование силы тяги тепловоза на гиперболическом участке характеристики осуществляется автоматически. Эго происходит следующим образом. Известно, что мощность электрической машины равна произведению силы тока на напряжение (P=I∙U). Электрический генератор получает от дизеля постоянную мощность на тягу поезда, определяемую максимальной (номинальной) частотой вращения. Эту же мощность генератор передает тяговым электродвигателям (моторам). Мощность каждого электродвигателя так же выражается произведением силы тока на напряжение (I_Д∙∙U_Д). Один из этих сомножителей - напряжение U_Д зависит от частоты пересопряжения магнитных силовых линий с проводниками якоря, то есть от частоты вращения вала якоря двигателя. Так как в первоначальный момент трогания тепловоза с места якорь двигателя только начинает вращаться, то на зажимах двигателя напряжение U_Д минимальное, а, значит, в силу постоянства произведения I_Д∙U_Д сила тока I_Д при малом напряжении U_Д будет максимальной. Большой величины ток, протекающий по обмоткам якоря и обмоткам возбуждения полюсов двигателя, создает большой тяговый момент на колесной паре, преобразуемый в большую силу тяги. Именно в момент трогания с места необходима большая сила тяги, чтобы преодолеть повышенное сопротивление поезда, находящегося в состоянии покоя. По мере возрастания скорости движения поезда якоря двигателей тепловоза, связанные с колесными парами зубчатой передачей, увеличивают частоту вращения, а значит на зажимах двигателя возрастает напряжение U_Д. В связи с ростом напряжения сила тока должна соответственно уменьшаться, что приводит к уменьшению вращающего момента М_Д и силы тяги F_К. В силу постоянства мощности Р_Д снижение силы тока будет пропорционально увеличению напряжения (рис. 2.2,б). Такая же зависимость будет между силой тяги и скоростью движения тепловоза (рис. 2.2,а). В любой момент на участке Б-В тяговой характеристики произведение силы тяги на скорость будет постоянным.

2.9 Отличительные особенности тяговой характеристики электровоза

Тяговая характеристика электровоза (рис. 2.3) только отдаленно напоминает гиперболическую зависимость. У нее точка перехода с участка, определяемого ограничением по сцеплению, а участок плавного автоматического регулирования силы тяги значительно сдвинут в строну увеличения скорости. Если у тепловозов переход к плавному регулированию силы тяги осуществляется при скорости 12÷20 км/ч, то у электровозов при 45÷60 км/ч.

Возможность получения максимальной силы тяги в большом диапазоне скоростей у электровозов объясняется тем, что мощность электродвигателей этих локомотивов можно изменять за счет увеличения или уменьшения потребления тока. В отличие от тепловозных, электровозные электродвигатели могут в нужный момент получить дополнительную электроэнергию из контактной сети, чего не могут тепловозные из-за ограничения мощности силовой установки. Потребление тока электровозными двигателями может быть ограничено только возможностями самих двигателей.

Рис. 2.3. Тяговая характеристика электровоза

Основным препятствием для потребления тока большой силы является нагрев обмоток двигателя. В результате перегрева двигателя могут произойти разрушение изоляции обмоток и, как следствие, короткое замыкание и пожар. Нагрев обмоток зависит от силы тока, пропускаемого по двигателю, а так же от времени работы двигателя с таким током. Тепло, выделяемое при прохождении тока по двигателям, отводится вентиляторами. При длительной работе двигателей с большим током мощность вентиляторов может оказаться недостаточной, и двигатели могут выйти из строя.

Чтобы этого не произошло, необходимо регулировать величину силы тока в зависимости от времени работы двигателей под этим током. Процесс разгона поезда от момента трогания до необходимой скорости осуществляется в течение нескольких минут. При этом сила тока, протекаемого по обмоткам двигателя, имеет максимальное значение, но, в силу малого отрезка времени, этот ток не успевает перегреть двигатели. При движении по затяжному (большой длины) подъему значительной крутизны (7÷10‰), когда требуется большая сила тяги, а, значит, большой силы ток, необходимо снижать величину силы тока в зависимости от времени работы двигателей под этим током.

Различают два режима работы двигателей - часовой и продолжительный. При часовом режиме по двигателю пропускают максимальный ток, который в течение часа не перегреет тяговые двигатели выше нормы (145 ⁰С). При продолжительном режиме пропускается максимальной величины ток, который не перегревает обмотки двигателя в течение неограниченного времени. При этом можно быть уверенным, что потребляемый двигателями локомотива ток не перегреет их обмотки независимо от времени езды по затяжному подъему. Силу тяги, полученную в этом режиме работы двигателей, обычно называют расчетной, и скорость, соответствующую этой силе тяги, так же расчетной. Для грузовых тепловозов расчетная скорость v_р составляет 20÷25км/ч, а для электровозов - 43÷47 км/ч.

Отсюда следует, что электровоз обеспечит прохождение трудных подъемов поездами одинаковой массы за меньшее время, чем тепловоз. В этом его главное преимущество.