2.3. Система передачи мощности

Структурная схема системы электрической передачи мощности тепловоза изображена на рис. 2.8.

Тяговый генератор, соединенный муфтой с коленчатым валом дизеля преобразует механическую энергию вращения коленчатого вала в электрическую энергию для питания тяговых электродвигателей. На современных тепловозах используются синхронные генераторы переменного тока.

Так как выходное напряжение генератора и его частота определяются оборотами коленчатого вала дизеля, они не могут быть непосредственно использованы для питания асинхронных тяговых двигателей. Для того чтобы использовать полную мощность дизеля во всем диапазоне скоростей движения, необходимо иметь возможность раздельно регулировать величину и частоту напряжения питания тяговых асинхронных двигателей. Для этого переменный ток выпрямляется в выпрямительной установке и через контур постоянного тока поступает на автономные инверторы, которые преобразуют выпрямленный ток в переменный ток заданной частоты.

Контур постоянного тока предназначен для уменьшения амплитуды помех, возникающих при работе выпрямителя. Кроме того, в цепи контура постоянного тока устанавливаются резисторы реостатного торможения.

Автономный инвертор предназначен для преобразования постоянного напряжения контура постоянного тока в трехфазное напряжение регулируемой частоты. Основным силовым элементом инвертора является мост, собранный на управляемых тиристорах или транзисторах.

Асинхронный тяговый двигатель преобразует электрическую энергию в механическую энергию вращения ротора. При торможении тяговые двигатели работают в генераторном режиме и отдают энергию в цепь контура постоянного тока, где она гасится на тормозных резисторах, превращаясь в тепло. С помощью инверторов, которые работают в режиме торможения как выпрямители, можно плавно изменять силу торможения и удерживать ее максимальной вплоть до низких скоростей движения.

Тяговая передача предназначена для канализации потока мощности от вала тягового двигателя к колесной паре (к контакту колесо-рельс).

Р ис. 2.8. Структурная схема передачи мощности

Система управления предназначена для управления работой дизеля, тягового генератора и работой автономного инвертора, путем регулирования напряжения и частоты тока питания электродвигателей для достижения их оптимального режима работы и постоянства отбора всей свободной мощности дизеля. Амплитуда напряжения генератора определяется оборотами коленчатого вала дизеля и регулируется обмоткой возбуждения, питание которой осуществляется от вспомогательного генератора через трехфазный управляемый выпрямитель. При трогании локомотива с места система управления поддерживает примерно постоянное значение тока тяговых двигателей и в то же время регулирует частоту тока на выходе с инверторов из условия поддержания постоянного магнитного потока. При выходе на гиперболический участок характеристики генератора, система управления уменьшает магнитный поток пропорционально снижению тока, в то время как мощность генератора сохраняется постоянной. В зоне ограничения напряжения тягового генератора происходит переключение регулирование с канала магнитного потока на канал напряжения. В этом случае система управления поддерживает постоянное напряжение тягового генератора и производит ослабление магнитного потока тяговых двигателей за счет увеличения частоты на выходе инверторов.