1.2. Расчет параметров электрической передачи тепловоза

В электрическую цепь тепловоза с электрической передачей входят: тяговый генератор (ТГ) и электродвигатели (ТЭД). Если на тепловозе применена передача переменно-постоянного тока, то для выпрямления трёхфазного переменного тока генератора применяется выпрямительная установка.

Мощность тягового генератора должна быть такой, чтобы в заданном диапазоне изменения тока генератора и при наименьшей нагрузке вспомогательных машин и механизмов вся свободная мощность первичного двигателя поглощалась генератором.

Свободная мощность дизеля, передаваемая электропередаче, кВт:

(1.2.1)

где – коэффициент свободной мощности.

Подставляя значения в выражение (1.2.1), получаем:

.

Номинальная мощность синхронного генератора на выходе из выпрямительной установки, кВт:

(1.2.2)

где – КПД выпрямительной установки.

Подставляя значения в выражение (1.2.2), получаем:

Длительное напряжение генератора, В,

(1.2.3)

где =1,6 – коэффициент регулирования напряжения.

Подставляя значения в выражение (1.2.3), получаем:

.

Длительная сила тока генератора, А,

(1.2.4)

Подставляя значения в выражение (1.2.4), получаем:

.

Длительная мощность ТЭД, кВт:

(1.2.5)

где m – количество ТЭД.

Подставляя значения в выражение (1.2.5), получаем:

Угловая скорость вала электродвигателя в длительном режиме при (максимальная скорость тепловоза равна конструкционной) определяется из соотношения, рад/с:

(1.2.6)

Тогда имеем:

(1.2.7)

где – конструкционная скорость тепловоза, км/ч.

Подставляя значения в выражение (1.2.7), получаем:

.

Длительный вращающий момент электродвигателя, кН∙м,

(1.2.8)

где – длительная мощность тягового электродвигателя, кВт;

– КПД тягового электродвигателя.

Подставляя значения в выражение (1.2.8), получаем:

.

Сила тока электродвигателя в длительном режиме, А,

(1.2.9)

где – число параллельных ветвей силовой цепи.

Подставляя значения в выражение (1.2.9), получаем:

.

Передаточное число тягового редуктора,

(1.2.10)

где – диаметр ведущих колёс локомотива, м.

Подставляя значения в выражение (1.2.10), получаем:

.

На тепловозе ТЭП70 реализована электрическая передача переменно-постоянного тока.

Тяговые электродвигатели постоянного тока получают питание от генератора переменного тока, имеющего независимое возбуждение, через выпрямительную установку. Система автоматического регулирования обеспечивает получение тяговых характеристик путем изменения возбуждения генератора, а также путем двухступенчатого ослабления поля тяговых электродвигателей.

Регулятором возбуждения генератора является управляемый выпрямитель возбуждения, который в зависимости от тока в тяговых двигателях и напряжения на зажимах выпрямительной установки изменяет ток возбуждения генератора.

На тепловозе установлен тяговый синхронный генератор типа ГС-504А Это 12-полюсная электрическая машина переменного тока с независимым возбуждением защищенного исполнения и охлаждением от постороннего вентилятора. Он состоит из статора, ротора, подшипникового щита, щеткодержателей, патрубков для входа и выхода охлаждающего воздуха.

Таблица 1.2

Основные технические параметры тягового генератора ГС-504А

Мощность, кВт	2750
Линейное напряжение, В	580/360
Действующее значение тока, А	2x1500/2х2400
Максимальное значение действующего тока в течении 2 мин, А	2x3400
Частота вращения, об/мин	1000
Частота, Гц	350-1000
К.п.д., %	94,8
Выпрямленное значение напряжения, В	750/435
Выпрямленное значение тока, А	3600/6200
Выпрямленное значение максимального тока, А	8700
Ток возбуждения, А	Независимое
Расход охлаждающего воздуха, м3/с	4,45
Масса, кг	6500

На локомотиве ТЭП70 установлен тяговый электрический двигатель типа ЭД-119 который представляет собой четырехполюсную электрическую машину постоянного тока последовательного возбуждения с независимой нагнетательной вентиляцией и широким изменением частоты вращения якоря. Электродвигатель имеет один свободный конусный конец вала якоря, на который насаживается ведущая шестерня тягового редуктора. Электродвигателя состоит из корпуса, якоря, подшипниковых щитов, подшипников, щеткодержателей, главных и добавочных полюсов.

Таблица 1.3

Основные технические параметры тягового электродвигателя ЭД-119

Мощность, кВт	411
Напряжение, В	500/750
Ток, А	900/1350
Частота вращения, об/мин	705/2170
К.п.д., %	91,2
Момент на валу, Н∙м	568
Максимальное значение кратковременного тока, А	1160
Максимальное значение частоты вращения, об/мин	2320
Расход охлаждающего воздуха, м3/с	1,666
Масса, кг	3250

Опорно-осевое подвешивание ТЭД. При таком подвешивании двигатель одним концом через моторно-осевые подшипники опирается на ось колёсной пары, а другим через пружинный комплект - на раму тележки. Передача тягового момента колёсной паре осуществляется зубчатым редуктором. Преимущества такого подвешивания в плавной безотрывной работе зубьев передачи. Недостатки: большая вибрация на ТЭД.

Опорно-рамное подвешивание ТЭД. Тяговый двигатель, закреплённый в раме тележки, оказывается полностью подрессоренным. При таком подвешивании масса уменьшается в два раза, и значит колёсно-моторный блок оказывает меньшее воздействие на путь. Существует два вида подвешивания: с двух сторонней передачей момента на колёсную пару полым валом, и односторонней с помощью карданного вала, связанного с зубчатым колесом упругими муфтами (ТЭП70). Недостатки: взаимные вертикальные перемещения двигателя и колёсной пары.

1- кронштейн опорный; 2- кронштейн крепления ТЭД; 3- кронштейн опорный двойной; 4- двойной кронштейн; 5- тяговый электродвигатель; 6- ведущее зубчатое колесо; 7- ведомое зубчатое колесо

Рис. 1.2.1. Колёсно-моторный блок ТЭП70

Электрическая передача тепловоза состоит из синхронного генератора переменного тока типа ГС-504А (мощностью 2750 кВт, максимальное линейное напряжение 580 В, максимальное линейная сила тока 3000 А), приводимого непосредственно от дизеля, выпрямительной установки типа УВКТ-5 и шести тяговых электродвигателей постоянного тока последовательного возбуждения типа ЭД-119 (мощность 411 кВ, напряжение в длительном режиме 500 В, ток в длительном режиме 600 А). Электродвигатель является четырёхполюсной реверсивной машиной постоянного тока с последовательным возбуждением защитного исполнения с принудительной вентиляцией.

Рис. 1.2.2. Силовая схема тепловоза ТЭП70

Силовая схема тепловоза состоит из синхронного тягового генератора, выпрямительной установки и шести тяговых электродвигателей соединённых параллельно.