Электродинамическое (реостатное) торможение основано на преобразовании кинетической энергии электровоза или, в общем случае, всего подвижного состава сначала в электрическую тяговыми двигателями, работающими в режиме генератора постоянного тока, а затем перевода этой электрической энергии в тепловую в тормозных резисторах.

Если замкнуть якорь тягового двигателя на резистор сопротивлением R (рис. 1), то получим контур, уравнение энергетического баланса которого и* Л. = Д/5, (1)

где /я и ия - соответственно ток и напряжение якоря.

При этом двигатель создает тормозной момент

Мт = Phi = IlRhi. (2)

Если R = const, то Мт = к1\1п, где к - коэффициент пропорциональности. Так как частота вращения п якоря изменяется независимо от электрических параметров и связана непосредственно со скоростью движения электровоза, то в определенный промежуток времени справедливо п = = const; тогда можно записать Мт =к'Ц. Это значит, что тормозной момент можно регулировать, изменяя ток якоря.

Ток якоря /я = UJR-, напряжение на якоре является функцией тока возбуждения /в и частоты вращения: Un - f (/Б, п). Поэтому при условии, что R = const и п = = const (где п - независимо изменяющийся параметр), можно записать мт = Д (/я), где /я = /2 (/в).

Из этого следует, что Мт = Д2 (/Б), т. е. тормозной момент является функцией тока возбуждения и его можно регулировать, изменяя ток возбуждения.

Значение момента Мт, рассчитанное по выделяемой в резисторе Я мощности, соответствует мощности на выходных зажимах тягового двигателя. Подводимая к оси тягового двигателя механическая энергия больше энергии, поглощаемой тормозными резисторами. Если в тормозных резисторах выделяется мощность Р=1яИ, а момент УИТ - Р/п, то на оси тягового двигателя

(3)

Тормозной момент от оси электровоза к тяговому дви-тателю передается через коробку передач. Коробка пере дач, во-первых, обеспечивает изменение передаваемого момента в отношении, обратном отношению входной и выходной частот вращения, а во-вторых, увеличивает тормозной момент, т. е.

где М - момент, рассчитанный по выделяемой на тормозном резисторе мощности; п\ - частота вращения оси электровоза; я2- частота вращения оси тягового двигателя; ка=п2/п1 - постоянная коробки передач; т]п - механический к. п. д. коробки передач; Т1тд - электромеханический к. п. д. тягового двигателя в режиме генератора постоянного тока.

Поскольку Т1тд и т)п всегда меньше единицы, то максимальное значение тормозного момента Мт будет больше, чем соответствующая мощность, выделяемая в тормозных резисторах. Потери, возникающие в механической и электрической частях тормоза, не снижают тормозную силу, а увеличивают ее.

Электродинамический тормоз электровоза используется в различных режимах. При замедлении движения поезда и притормаживании на склонах осуществляется только электродинамическое торможение с требуемой мощностью. Для быстрого замедления или остановки поезда используются одновременно электродинамический тормоз электровоза и пневматический поезда, причем работать они должны согласованно. В случае необходимости резко остановить поезд в исключительных ситуациях применяют одновременно электродинамический тормоз электровоза и пневматический тормоз поезда; оба тормоза работают с максимальной мощностью и независимо один от другого.

Рис 1. Схема тягового двигателя при электродинамическом торможении:

/в - ток возбуждения; /я - ток якоря, ҐІ - частота вращения якоря

На малых скоростях мощность электродинамического тормоза снижается, в то время как тормозной эффект пневматического тормоза возрастает. Поэтому на скорости ниже определенного значения выгоднее перейти от торможения электрического к пневматическому. Это значение скорости должно быть правильно выбрано как по оптимальному использованию обоих видов тормоза, так и по сцеплению, толчцам момента и т. д.

Свойства электродинамического тормоза определяются в основном управляющим регулятором. При разработке управляющего регулятора тормоза необходимо учитывать и механические свойства всего поезда.

Электровоз (рис. 2, а и б) представляет собой, с одной стороны, значительную массу т?., а с другой, является источником сил р тяги и торможения. За электровозом следует какое-то число п вагонов. Каждый вагон обладает своей собственной массой (т1, ..., тп), которая может быть у всех вагонов одинакова, но может и существенно различаться. Кроме того, имеет свое сопротивление при движении и тормоз (ге)1, ..., тп). Связь между вагонами не абсолютно жесткая, а имеет составляющую гибкости (щ., Сц, с12, ..., С(„_Л)2, спХ) в зависимости от типа сцепки и величины зазора б между вагонами.

Скорость передачи команды для торможения поезда определяется способом управления тормозами вагонов. Если тормоза вагонов приводятся в действие вентилями, установленными на вагонах, а этими вентилями управляют с помощью электрического сигнала, поступающего с электровоза, то команда передается без запаздывания и тормоза вагонов реагируют одновременно. Если же производится заполнение тормозных цилиндров вагонов воздухом, поступающим по трубопроводу от электровоза, то тормозная сила в вагонах поезда возникает с запаздыванием (ть ...,т„).

Моделируя эти механические соотношения электрической схемой (рис. 2, в и г), получим цепь, подобную схеме замещения длинной линии в режиме холостого хода на выходе. Как и у длинной линии, при скачкообразных изменениях на входе здесь могут возникнуть ударные волны, вызванные отражением на выходе. Эти волны представляют собой толчки момента, которые повышают механическое

Поезд, состоящий из электровоза и прицепных вагонов (а), механическая эквивалентная схема поезда (б), электрическая эквивалентная схема динамики поезда (в) и ее схема замещения (г)
Рис. 2. Поезд, состоящий из электровоза и прицепных вагонов (а), механическая эквивалентная схема поезда (б), электрическая эквивалентная схема динамики поезда (в) и ее схема замещения (г):

N - нелинейность, соответствующая зазору б, 1 -ток, соответствующий силе торможения Р, Сь - емкость, соответствующая массе электровоза тЯь - резистор, соответствующий сопротивлению движения электровоза т Ьь - индуктивность, соответствующая гибкости сцепки электровоза; Сь\ С\, . . . , Сп- емкость, соответствующая массе вагонов ти . . . , щ; Яи . . . , Яп - резисторы, соответствующие сопротивлениям движению вагонов ши . . . , шп; Ь\\, Ьм - индуктивности, соответствующие гибкостям сцепок вагона сп, сЬп\ - индуктивности, соответствующие гибкости сцепки п-то вагона; ть . . . , Тп - запаздывание команды для торможения напряжение в сцепках вагонов. Величина толчков зависит от параметров системы, затухания в ней и, конечно, от значения и скорости изменения входной величины. Параметры системы и затухание уже заданы и на них нельзя активно влиять, поэтому возможно предотвращать возникновение толчков, лишь ограничивая скорость изменения момента. Ограничение скорости тормозного момента является одной из наиболее важных задач управляющего регулятора тормоза.

В зависимости от условий сцепления на трассе при торможении может возникнуть юз, который должен быть ликвидирован автоматически,-это вторая задача управляющего регулятора. Управляющий регулятор должен также реагировать на сигналы о состоянии силовых цепей электровоза, т. е. о состоянии защит, переходе силовых цепей в режим тяги или торможения и т. д.

Электродинамический тормоз производства «Шкода» предназначен для использования на электровозах постоянного тока. Подобные тормоза на электровозах, выпускаемых в ЧССР, устанавливались и раньше, но никогда полностью не удовлетворяли предъявляемым к ним требованиям в отношении эффективности, быстродействия, независимости от напряжения контактной сети, а также плавности, ширины диапазона и качества процесса регулирования.

Описываемая система была впервые проверена на электровозах ЧС2Т. После успешных эксплуатационных испытаний она была применена и на других электровозах производства «Шкода». Такая система с небольшими изменениями работает на электровозах 55Е и 65Е чехословацких железных дорог. На основе ее создана система электродинамического торможения скоростных электровозов ЧС200, предназначенных для поставок в СССР.

Предисловие | Электродинамический тормоз электровозов ЧС2Т и ЧС200 (электронное оборудование) | Основные электронные схемы

Рекомендуемый контент: