Что называют тяговой характеристикой электровоза

Тяговые характеристики локомотивов являются статическими пото­му, что получены экспериментально при равновесном взаимодействии управляющих и возмущающих воздействий и движении с равномерной

скоростью. Если расчет скорости движения поездов производится с ис­пользованием тяговых характеристик, то переходные процессы не учитываются.

В эксплуатации преобладают динамические процессы тяги, при ко­торых переменные состояния поезда и локомотива изменяются во вре­мени. Однако динамические процессы определяются местными усло­виями движения: профилем пути, массой и ходовыми свойствами по­езда, организацией движения поездов и т. д. Построить динамическую тяговую характеристику с учетом всех эксплуатационных факторов не­возможно. Поэтому использование статических характеристик в тяго­вых расчетах является упрощающим допущением.

Тяговые характеристики тепловозов и электроподвижного состава (ЭПС) имеют принципиальные различия. Тепловозы имеют автоном­ный источник энергии — дизель, мощность которого ограничена, и по­этому возникает ограничение силы тяги по дизелю. Мощности дизеля и внешней нагрузки соизмеримы, и поэтому переменные состояния по­езда в процессе движения оказывают существенное влияние на режим, параметры и энергетическую эффективность работы тепловоза.

Для повышения провозной и пропускной способности дорог при ог­раниченной мощности генератора энергии необходимо иметь гипербо­лическую тяговую характеристику тепловозов. В таком случае мощ­ность дизеля используется более полно при различных скоростях дви­жения. Графический вид тяговой характеристики тепловоза определя­ется типом, параметрами тяговой передачи и ее ограничениями.

У электровозов нет ограничения в получаемой энергии, а перемен­ная внешняя нагрузка не оказывает влияния на режим и параметры ге­нераторов энергии — электростанций.

Магистральные тепловозы и электровозы переменного тока имеют только параллельное соединение двигателей, и поэтому тяговые харак­теристики при соединениях С и СП отсутствуют.

Регулирование скорости и силы тяги изменением возбуждения тя­говых двигателей у тепловозов производится автоматически, а у боль­шинства электровозов — изменением позиции контроллера при ско­ростях, установленных нормативами ПТР.

У электровозов постоянного тока скорость движения зависит от напряжения на зажимах двигателей и не зависит от тока нагрузки, по­этому их тяговую характеристику строят по электромеханическим ха­рактеристикам двигателя. У электровозов переменного тока напряже­ние на зажимах двигателя зависит от тока нагрузки, и поэтому тяговую характеристику электровоза необходимо строить с учетом внешней ха­рактеристики выпрямительной установки.

Таким образом, тяговые характеристики локомот-ивов имеют огра­ничения по ресурсам и по надежности работы: у тепловозов по дизелю, по тяговой передаче, по сцеплению и конструкционной скоро­сти; у электровозов — по тяговым двигателям, по сцеплению и по конструкционной скорости. 46

Локомотивы проектируют из условия равенства мощности указан­ных сил тяги в расчетном режиме. При отклонении режимов от расчет­ных происходит рассогласование сил тяги на ступенях передачи мощно­сти вследствие различной физической природы процессов. В результа­те какая-то из перечисленных сил окажется наименьшей. Очевидно, локомотив в состоянии реализовать только наименьшую из ограничи­тельных сил тяги.

Имеются и другие ограничения силы тяги и режимов работы локо­мотивов: по нагреванию обмоток электрических машин, по коммута­ции тока, по прочности автосцепок и т. д. Параметры этих ограниче­ний зависят не только от конструкции и характеристик соответствую­щих агрегатов, но и от режимов работы. Поэтому их нельзя показать на тяговых характеристиках. Предельные величины таких параметров установлены нормативами ПТР, а фактические значения бпределят-ся тяговыми расчетами в конкретных условиях эксплуатации.

К тяговым свойствам и характеристикам локомотивов предъявля­ют следующие требования: высокая мобильность (постоянная готов­ность локомотива к движению); реверсирование без изменения направ­ления вращения коленчатого вала дизеля; небольшая продолжитель­ность переходных процессов; изменение силы тяги и скорости движе­ния в широком диапазоне. Магистральные тепловозы должны иметь высокие секционную мощность и силу тяги для вождения поездов боль­шой массы с высокой скоростью, а также возможность работы по систе­ме многих единиц для рациональной организации использования тяго­вых средств в разнообразных условиях эксплуатации. Быстрый раз­гон поезда — «резкость» имеет большое значение для увеличения про­пускной способности станций, сокращения времени и числа остановок поездов у запрещающих сигналов по неприему станций, своевремен­ного выхода на расчетные значения силы тяги и скорости перед входом на подъем, прилегающий к станции. Разгон поезда производится при сравнительно низких скоростях и полном использовании силы тяги по сцеплению. При этом коэффициент сцепления движущих колес с рель­сами изменяется незначительно, а ток нагрузки достигает большей ве­личины.

Тепловозы относятся к автономным видам тяги, имеющим собствен ный генератор энергии, преобразуемой в энергию движения поезда. Мощность дизель-генератора ограничена. При движении поезда на перевалистом профиле пути скорость и сопротивление движения могут

Источник

Тяговые характеристики электровоза.

Тяговые характеристики представляют из себя зависимость силы тяги электровоза от скорости:

— При V = 20 км/час, ПВ на С соединении, Fk = 8 000 кгс, а при этой же скорости при ПВ+ОВ4 Fk = 16000 кгс.

— При V = 50 км/час ПВ + ОВ4 СП соединении Fk около 16 000 кгс, а при этой же скорости на П соединении при ПВ Fk около 32 000 кгс. и т.д.

Тяговые характеристики электровозов ВЛ10 и ВЛ10У

На тяговые характеристики нанесены ог­раничения в работе электровоза:

4. ограничение по конструктивной скорости 100 км/час. При ходовой части, рас­считанной на эту скорость, конструктивная скорость определяется креплением катушек обмотки якоря в пазах сердечника и прочностью коллектора. Исключение составляет электровоз ВЛ8, у которого конструктивная скорость снижена до 80 км/час из-за конструкции ходовой части.

Пуск электровоза.

При трогании электровоза с места противо-э.д.с. тяговых электродвига­телей равна нулю, поэтому при подключении к контактной сети восьми тяговых электродвигателей ток, протекающий по ним будет равен: I = Uкс : ( 8* Rтэд) = 3000 В: ( 8 * 00923 Ом)=4180 А

Очевидно, что величину этого тока необходимо ограничить. С этой це­лью в цепь тяговых электродвигателей вводят пусковой резистор. Величина со­противления этого резистора подбирается из расчета плавного трогания с места одиночного электровоза. Примером может служит электровоз серии ВЛ22М, у ко­торого величина сопротивления этого резистора равна 30 Ом и ток первой пози­ции равен 100А, обеспечивающий плавность трогания электровоза с места.

Вывод: уменьшенная величина сопротивления пускового рези­стора обеспечила уменьшение нагрева его элементов, а увеличение маг­нитного потока главных полюсов с глубокого возбуждения до полного возбуждения, обеспечила плавность пуска одиночного электровоза при этой уменьшенной величине сопротивления пускового резистора.

Пусковая диаграмма.

Пусковая диаграмма, это семейство скоростных характеристик, выпол­ненных на различные напряжения, т.е. для каждой реостатной и ходовых позиций контроллера машиниста. Она отражает пуск электровоза.

Пусковая диаграмма электровоза ВЛ11

Позиции с первой по восьмую являются маневровыми.

Горизонтальные участки диаграммы отражают увеличение силы тока при переходе с одной позиции на другую, происходящей из-за уменьшения величины сопротивления пускового резистора.

Наклонные участки диаграммы отражают увеличение скорости при перехо­де на высшие позиции (при увеличении силы тока увеличилась сила тяги) и од­новременно уменьшение силы тока (при увеличении скорости увеличилась противо-э.д.с.)

При переходе с 21 позиции СП соединения на 22 позицию П соединения тя­говых электродвигателей отражено уменьшение силы тока, происходящее из-за ввода в цепь тяговых электродвигателей части пускового резистора, который был полностью выведен на 21 позиции.

Позиции 21 и 37 называются автоматическими скоростными характеристи­ками, так как на этих позициях сила тока и сила тяги регулируются автоматически противо-э.д.с. Например, чем круче подъём, тем меньше частота вращения яко­рей тяговых электродвигателей, меньше противо-э.д.с., а значит больше сила тока, что вытекает из закона Ома, и сила электровоза тяги и наоборот.

Регулирование скорости.

Для того, чтобы разогнать электровоз до требуемой скорости необходимо увеличить напряжение на тяговых двигателей или применить какие-то другие способы регулировки скорости. Эти способы вытекают из следующей формулы:

V =

1 Способ: постепенным уменьшением величины сопротивления пуско­вого резистора, вводимого в цепь тяговых электродвигателей для ограничения их пускового тока. Уменьшение величины сопротивления пускового резистора осу­ществляется перемещением главной рукоятки контроллера машиниста с первой позиции, по реостатным позициям, до ходовой позиции. На каждой из реостатных позиций величина сопротивления пускового резистора уменьшается путем зако­рачивания его секций или соединением их в параллельные ветви при помощи реостатных контакторов. Уменьшение сопротивления пускового резистора сопро­вождается одновременно плавным увеличением напряжения на тяговых элек­тродвигателях до напряжения ходовых позиций, выбранных для пуска (С или СП соединение тяговых позиций на электровозе ВЛ10), на которых пусковой резистор полностью выведен (его сопротивлению равно нулю).

3 Способ: ослабление возбуждения тяговых электродвигателей. Ослабление возбуждения тяговых электродвигателей выполняется путем пере­вода тормозной рукоятки контроллера машиниста на позиции ОП1, ОП2, ОПЗ или ОП4.

При этом параллельно двум обмоткам возбуждения тяговых двигателей подключается резистор ослабления возбуждения Roп, имеющий четыре секции: 1-2, 2-3, 3-4, 4-6. Ток, пройдя по обмоткам якорей, протекает по обмоткам возбуж­дения и параллельно через соответствующую секцию резистора Roп, подключен­ную контакторами К1 на ОП1, К1 и К2 на ОП2, К1 и КЗ на ОПЗ и К1 и К4 на ОП4. Степень ослабления возбуждения на позиции ОП1 =75%, на ОП2 = 55%, на ОПЗ = 43% и на ОП4 = 36%, т.е. на каждой из позиций ОП по обмоткам возбуждения протекает ток, равный части тока якоря в процентном отношении указанном выше.

Источник

Построение тяговой характеристики электровоза

Тяговой характеристикой локомотива называют графическую зависимость касательной силы тяги от установившейся скорости движения при различных режимах энергосиловой установки в пределах ограничений по надежности, устойчивости и безопасности движения.

Для повышения провозной и пропускной способности дорог при ограниченной мощности генераторов энергии необходимо иметь гиперболическую тяговую характеристику тепловозов. В таком случае мощность дизеля используется более полно при различных скоростях движения. Графический вид тяговой характеристики тепловоза определяется типом, параметром тяговой передачи и ее ограничителями.

У электровозов нет ограничения в получаемой энергии, а переменная внешняя нагрузка не оказывает влияния на режим и параметры генераторов энергии – электростанций.

Магистральные тепловозы и электровозы переменного тока имеют только параллельное соединение двигателей, и поэтому тяговые характеристики при соединениях С и СП отсутствуют.

Регулирование скорости и силы тяги изменением возбуждения тяговых двигателей у тепловозов производится автоматически, а у большинства электровозов – изменением позиции контроллера при скоростях, установленных нормами ПТР.

Таким образом, тяговые характеристики локомотивов имеют ограничения по ресурсам и по надежности работы: у тепловозов – по дизелю, по тяговой передаче, по сцеплению и конструкционной скорости; у электровозов – по тяговым двигателям, по сцеплению и по конструкционной скорости.

Тяговую характеристику локомотива можно F_k=f(V) можно рассчитать и построить исходя из электромеханических характеристик тягового электродвигателя, отнесенных к ободу движущих колес.

Основными электромеханическими характеристиками тягового электродвигателя, отнесенными к ободу движущих колес, являются зависимость скорости движения локомотива от тока электродвигателя V=f(I_д) (скоростная характеристика) и зависимость силы тяги, реализуемой одной движущей колесной парой, от тока электродвигателя F_kд= f(I_д) (электротяговая характеристика).

Электромеханические характеристики, отнесенные к ободу движущих колес, для тяговых электродвигателей приведены на рисунках 12.1-12.6..

Для построения зависимости F_k=f(V) необходимо задаться несколькими (пятью-шестью) значениями тока электродвигателя ( например, 200 А, 300 А и т.д.) и по электромеханическим характеристикам определить соответствующие значения силы тяги F_kд и скорости движения V.

Полная касательная сила тяги локомотива определяется по формуле:

(1)

Полученные данные удобнее свести в таблицу 12.1.

Источник

Содержание материала

Тяговые характеристики электроподвижного состава
Характеристики тяговых электродвигателей постоянного тока электроподвижного состава
На электровозах и электропоездах постоянного и переменно-постоянного тока применяют тяговые электродвигатели постоянного тока. Форма тяговых характеристик электроподвижного состава (э.п.с.), в основном, определяется электромеханическими характеристиками тяговых электродвигателей (ТЭД), приведенных к валу двигателя, а именно: nд =f(Iд) — частоты вращения якоря ТЭД от его тока при заданном напряжении питания от контактной сети UKC; Мд =f(I ) — вращающего момента на якоре ТЭД от тока; ηд = f(Iд) — к.п.д. тягового электродвигателя от тока якоря. Электромеханические характеристики тяговых электродвигателей э.п.с. получают при стендовых испытаниях на заводе-изготовителе.
При тяговых расчетах электромеханические характеристики тягового электродвигателя обычно приводят к ободу колес колесной пары электровозов и электропоездов и получают электромеханические характеристики колесно-моторного блока [5]:
V=f(Iд) — скорости движения колесной пары э.п.с. от тока якоря ТЭД;

F = f(Iд) — касательной силы тяги колесной пары э.п.с. от тока якоря ТЭД; ηэ=f(Iд)- К.П.Д. колесно-моторного блока э.п.с. от тока якоря ТЭД.
При пересчете электромеханических характеристик тяговых электродвигателей на характеристики колесно-моторных блоков используют следующие формулы:

(2.34)
где С — постоянный коэффициент для данной серии локомотива:

где С8 — конструктивная постоянная тягового электродвигателя; μ — передаточное число тяговых редукторов колесной пары; DK — диаметр колес колесной пары, м;

(2.35)
где ΔF — потери силы тяги, вызванные магнитными и механическими потерями в колесно-моторном блоке, Н:

где ΔΡΜaгн — потери мощности в магнитной системе ТЭД, кВт; ∆Рмех — механические потери мощности в якорных подшипниках и щеточном аппарате ТЭД, кВт; ∆Р — потери мощности в тяговых редукторах колесной пары и моторно-осевых подшипниках ТЭД, кВт; V — скорость движения, км/ч;

где Δρπ — потери в тяговых редукторах и моторно-осевых подшипниках в процентах от подведенной мощности, %. Величина Δρπ определяется по графикам Δρπ = f(Р1) [12].
Необходимо отметить, что форма электромеханических характеристик тяговых электродвигателей и колесно-моторных блоков э.п.с. напрямую зависит от принятой системы возбуждения двигателей.
На рис. 37 представлены схемы основных систем возбуждения тяговых электродвигателей э.п.с.: последовательного (рис. 37, а), параллельного (рис. 37, б), смешанного возбуждения при согласном (рис. 37, в) и встречном (рис. 37, г) включении последовательной и параллельной обмоток и независимого возбуждения (рис. 37, б). Расчетные тяговые характеристики электровозов стяговыми электродвигателями, имеющими вышеперечисленные системы возбуждения, приведены на рис. 38. Из кривых FK =f(V), представленных на рис. 38, следует, что тяговая характеристика электровоза с двигателями последовательного возбуждения (кривая 1) наиболее приближена к идеальной тяговой характеристике локомотива с электрическим приводом колесных пар (кривая 4) и позволяет наиболее полно использовать мощность тягового электродвигателя в эксплуатации. Тем не менее в зоне малых скоростей движения электровоза, когда тяговые электродвигатели работают при больших токах якоря /д, наблюдается увеличение жесткости характеристик локомотива. Жесткость характеристик электродвигателей и электровоза в целом определяется темпом изменения силы тяги FK от скорости V. Тяговые характеристики локомотивов называют жесткими при резком изменении функции FK=f(V) (например, кривая 2 на рис. 38) и мягкими при плавном изменении кривой FK=f(V).
В свою очередь, тяговые характеристики электровозов с электродвигателями параллельного, смешанного и независимого возбуждения имеют более высокую степень жесткости, чем при последовательном возбуждении.
Вышеперечисленные системы возбуждения тяговых электродвигателей обладают целым рядом достоинств и недостатков и нашли практическое применение на различных сериях электровозов.
Так, для электровозов постоянного тока с контакторно-реостатным управлением признано целесообразным [5] применение тяговых электродвигателей с системами последовательного или смешанного возбуждения с мягкими тяговыми характеристиками.

Рис. 37. Схемы систем возбуждения тяговых электродвигателей электроподвижного состава: а — последовательного; б — параллельного; в — смешанного при согласном включении обмоток; г — смешанного при встречном включении обмоток; д — независимого возбуждения

Рис. 38. Расчетные тяговые характеристики электровозов с электродвигателями, имеющими разные системы возбуждения: 1 — при последовательном; 2 — при параллельном и независимом; 3 — при смешанном; 4 — идеальная характеристика

На электровозах переменно-постоянного тока и э.п.с. постоянного тока с импульсным регулированием предпочтительнее оказалось использование тяговых двигателей с независимым возбуждением и
жесткими характеристиками. Такие характеристики тяговых электродвигателей позволяют уменьшить интенсивность процессов боксования локомотива и, соответственно, увеличить критические веса водимых поездов. Широкое применение силовых полупроводников на э.п.с. позволяет несколько сгладить серьезные недостатки независимого возбуждения ТЭД — сильный разброс токов нагрузки между параллельно работающими ТЭД локомотива и чувствительность к колебаниям напряжения в контактной сети.
Сравнительные испытания электровозов ВЛ80р с последовательным возбуждением тяговых электродвигателей и ВЛ80Р с независимым возбуждением с поездами, проведенные ВНИИЖТом [7,8], показали, что коэффициент тяги электровозов ВЛ80рн на 8,4 % выше, чем ВЛ80р; во время разгона, т.е. в диапазоне высоких токовых нагрузок жесткость тяговых характеристик электровозов ВЛ80РН и ВЛ80р сближается и их тяговые возможности почти не отличаются.

Источник

Построение тяговых и токовых характеристик локомотивов

Тяговой характеристикойлокомотива называют графическую за­висимость касательной силы тяги F_K от скорости движения V при уста­новившихся режимах на разных позициях регулирования (позициях контроллера машиниста).

Токовая характеристикапредставляет графическую зависимость тока электровоза I_Э или тока тягового генератора (ТГ) тепловоза I_Г, от скорости V при установившихся режимах на разных позициях контрол­лера машиниста.

Тяговые и токовые характеристики необходимы для расчетов дви­жения поездов, перегрева обмоток тяговых электрических машин, рас­хода энергии локомотивами на перемещение поездов. Наиболее точно эти зависимости определяют экспериментальным путем, в процессе специальных испытаний локомотивов. Полученные графики F_K=f(V) и I=f(V) официально регламентируют «Правилами тяговых расчетов для поездной работы» (ПТР) [13].

Па стадии проектирования локомотивов указанные зависимости F_K=f(V) и I=f(V) можно построить по электротяговым характеристикам. Для этого необходимо пересчитать данные таблицы 7.5, а именно:

а) определить значения тока локомотива по величинам тока ТЭД:

— ток электровоза по формуле I_Э=P_ГР I_Д, А

б) определить значения касательной силы тяги локомотида F_К по
величинам силы тяги ТЭД F_КД используя уравнение (8.2).

Подученные результаты занести в таблицу 8.2.

Построение рабочих характеристик электровозаможно прово­дить в следующей последовательности (рис.8.3, а-б).

1) По данным таблицы 8.2 построить графики I_Э=f(V) и F_K=f(V) при разных режимах ослабления возбуждения.

3)Рассчитать ток электровоза в продолжительном режиме работы

4) Рассчитать наибольший допустимый ток электровоза

и определить соответствующую ему силу тяги F_КДОП; нанести ограни­чения тока I_Эmax и силы тяги F_КДОП на рабочие характеристики электровоза.

5) В поле тяговых характеристик построить ограничения конс­трукционной скорости локомотива V_K и силы тяги по сцеплению F_КСЦ (по
таблице 8.1).

Рабочие характеристики локомотива

Порядок построения рабочих характеристик тепловозазаключа­ется в следующем (рис.8.3, в-г):

1) В координатах V, I_Г построить линии ограничений максимального
I_Гmax и минимального I_Гmin тока ТГ.

2) Рассчитать значения силы тока ТГ, соответствующие автоматическим переходам ТЭД с одного режима возбуждения на другой [4]:

-Используя значения I_ГП-1 и I_Г1-2 построить горизонтальные линии пере­ходов ПП ОП, и ОП, ОП₂.

3) По данным таблицы 8.2 построить график I_Г=f(V) и определить скорости тепловоза V_П-1 и V_1-2, соответствующие переходам ПП ОП₁ и ОП₁ ОП₂.

а) токовая характеристика электровоза б) тяговая характеристика электровоза

в) токовая характеристика тепловоза г) тяговая характеристика тепловоза

Рис.8.3. Рабочие характеристики электровоза (а,б) и тепловоза (в,г)

4) Используя данные таблицы 8.2 и токовую характеристику
I_Г = f(V), построить тяговую характеристику тепловоза F_K=f(V); показать
ограничения силы тяги по максимальному току ТГ F_КДОП и по сцеплению
F_КСЦ (таблица 8.1), а также ограничение конструкционной скорости теп­ловоза V_K.

Полученные значения основных технических параметров локомо­тива следует внести в таблицу 8.3.

Основные технические параметры локомотива (электровоз)

сила тяги, кНскорость, км/ч

1) ПродолжительныйF_КДЛ = 1 кдлV_ДЛ=—-2) ЧасовойF_КЧ=V_Ч=—-3) РасчетныйF_КР= 1 крV_Р=4) Трогание с местаF_КТР= 1 кто—-

Основные технические параметры локомотива (тепловоз)

сила тяги, кНскорость, км/ч

1) ПродолжительныйF_КДЛ =V_ДЛ=—-2) РасчетныйF_КР=V_Р=3) Трогание с местаF_КТР= 1 ктр—-

Расчетным режимомработы локомотива называют режим, харак­теризуемый величинами расчетной силы тяги F_КР и расчетной скорости V_Р. По этим параметрам определяют так называемые расчетные нормы массы составов на участках железных дорог.

Для электровозов постоянного тока параметрами расчетного ре­жима обычно являются координаты точки «порога», образованной пе­ресечением кривых F_КСЦ=f(V) и F_K=f(V), построенной для параллельного соединения и полного возбуждения ТЭД (ходовая позиция «П-ПП»). В этом случае расчетная сила тяги F_КР ограничена по сцеплению колес ло­комотива с рельсами. Если уровень силы сцепления F_КСЦ превышает ог­раничение силы тяги по максимальному току F_КДОП, то расчетная сила тяги ограничивается не сцеплением, а максимальным током электрово­за (такое ограничение характерно для пассажирских электровозов). То­гда можно считать, что F_КР=F_КДОП.

Расчетный режим тепловозов принято устанавливать по парамет­рам продолжительного режима работы тяговых электромашин. Если врезультате проектирования тепловоза оказалось, что величина F_КДЛ пре­вышает силу тяги по сцеплению Р_КСЦ при скорости V_ДЛ, то значение рас­четной силы тяги F_КР и расчетной скорости V_Р принимают по точке «по­рога» тяговой характеристики.

Помимо расчетной силы тяги, другим важным параметром локомо­тива является сила тяги при трогании с места F_КТР. Ее величина может быть ограничена по сцеплению либо по максимальному току локомо­тива. Первый случай характерен для грузовых и маневровых локомоти­вах, а второй — для пассажирских.

Значения параметров расчетного режима и трогания, как одни из важнейших характеристик локомотивов, нормируются ПТР [13].

Источник