Регулирование напряжения на тяговых двигателях при реостатном пуске

Управление тяговыми двигателями при пуске. Если на подвижном составе имеется группа тяговых двигателей, в общем случае соединенных между собой последовательно-параллельно, то при пуске их подключают к контактной сети и„ через пусковой реостат Я„, сопротивление которого по мере увеличения скорости постепенно уменьшают до нуля.

Схема подключения тягового двигателя при пуске приведена на рис. 64.

На подвижном составе городского электрического транспорта пуск обычно осуществляют при постоянном среднем токе в тяговых двигателях /_д. При этом скорость подвижного состава

0=[?/п/л-/д('д + -^ Яп)]/сФ, (30)

где V - скорость подвижного состава, км/ч;

г_д - суммарное активное сопротивление обмоток одного тягового двигателя, включающее сопротивление обмотки якоря г_я, обмотки последовательного возбуждения г_в и дополнительных полюсов г_Яп, Ом; п - число последовательно соединенных двигателей;

& - число параллельных цепей тяговых двигателей;

Ф - магнитный поток в тяговом двигателе; с - коэффициент, зависящий от конструктивных параметров двигателя.

Из уравнения (30) следует, что скорость подвижного состава можно регулировать изменением числа последовательно соединенных двигателей п, сопротивления пускового реостата или магнитного потока двигателей Ф.

Для реализации первого способа известны различные схемы перегруппировок тяговых двигателей, однако на современных трол-

лейбусах и трамвайных вагонах -перегруппировку тяговых двигателей не используют. Наибольшее распространение получил второй способ регулирования скорости - с помощью пускового реостата /?_п. Этот способ в принципе позволяет обеспечить плавный пуск при максимальной силе тяги, высокие ускорения при требуемой плавности процесса пуска. При этом способе система управления сравнительно легко поддается автоматизации. Основными недостатками этого способа являются большой расход электроэнергии, усложнение регулирующей аппаратуры (при стремлении к плавному, мелкоступенчатому пуску).

Для плавного трогания с места, а также уменьшения динамических воздействий на тяговую передачу начальное ускорение а₀ следует выбирать не более 0,3-0,4 м/с² при ненагруженном подвижном составе.

Указанное ускорение обеспечивает сила тяги (в ньютонах)

Рис. 64. Принципиальная схема реостатного пуска

(31)

где уо - коэффициент инерции вращающихся частей ненагружен-ного подвижного состава; уо=унОТнМо- Здесь Ун - коэффициент инерции вращающихся частей нормально нагруженного подвижного состава; у_н = 0,1 -=-0,14 для трамвайных вагонов, у_н = 0,1-^0,12 для троллейбусов; т₀, т_н - масса ненагруженного и нормально нагруженного подвижного состава, т;

юс1 - удельное сопротивление движению подвижного состава при о = 0, Н/т;

& + л - общее число включенных тяговых двигателей.

По значению силы тяги /"о с помощью характеристик /^г(/) для конкретного ТЯГОВОГО двигателя определяют ТОК /до в момент трогания подвижного состава при о = 0.

Из уравнения (30) определим наибольшее сопротивление пускового реостата Ящ, соответствующее первой (маневровой) позиции,

оіо - среднее удельное сопротивление движения за время реостатного пуска. В расчетах ориентировочно можно принять: соо = = 120 Н/т - для троллейбусов, сио = 50 Н/т - для трамвайных вагонов.

Используя характеристики силы тяги двигателя F (I), по значению F из уравнения (33) определяют средний наибольший пусковой ТОК /д ср.

При расчете реостатного пуска обычно задают значение коэффициента неравномерности по току Ки который характеризует колебания пускового тока при переключении ступеней пускового реостата. Значение коэффициента Кг выбирают в зависимости от ускорения аср:

/Г,-= 0,14-0,2 при а_Ср=0,б4-0,8 м/с²;

Кі = 0,084-0,15 при а_Ср= 1,04-1,2 м/с²;

Кг ⁼ 0,064-0,1 при а_ср= 1,34-1,5 м/с².

Зная средний пусковой ток /_{д С}р и коэффициент неравномерности Кг, определяют максимальный и минимальный токи:

max ~ ^дср О "Ь К і)', (34)

^Дщ1п ⁼ ^дср(1 Кг), (35)

Значение /д max, вычисленное по формуле (34), не должно превышать ток двигателя, допустимый по условиям коммутации, а сила тяги Fmax, соответствующая току /д max, не должна превышать значения, допустимого по условиям сцепления. По значениям /_дтах и /_дmin строят пусковую диаграмму, по которой предварительно выбирают число ступеней пускового реостата и их сопротивления.

Для многодвигательного привода пусковую диаграмму обычно строят для одного двигателя, а затем полученные сопротивления ступеней пусковых реостатов Ri пересчитывают по формуле

Rni = R_t n/k. (36)

Пусковая диаграмма имеет две зоны: начальную, где ускорение меняется от ао до а_ср, и рабочую, где ускорение a = a_cp = const. Расчет диаграммы начинают с рабочей зоны.

Зависимость сопротивления пускового реостата, приведенного к одному двигателю, от скорости получим из уравнения (30)

Р = ^=^-Г_д, (37)

'д

где Uд - напряжение, В, на одном двигателе, U^=U_nfn.

При постоянном пусковом токе /д зависимость R(v) линейная. Для каждого значения /_д, можно построить зависимость R>(v) по двум точкам с координатами: Ri = 0; v = v_Bi и н = 0; Ri=U_afI_!li-г_д. Здесь н_в; - скорость выхода на автоматическую характеристику при токе /дг.

На рис. 65 показаны зависимости Ri{v) для токов /_ді, /_Д2, /дз и /_Д4. По характеристикам Ri(v) можно построить реостатную ха-

рактеристику и(/_д) при некотором значении Ri. Для этого в левом квадранте с координатами R и v проводят вертикаль через точку Ri и точки пересечения 1, 2, З, 4 этой вертикали с зависимостями Ri(v) переносят параллельно горизонтальной оси на соответствующие вертикали в правом квадранте, проведенные через точки /_дь /_дг, /_Дз, /_Д4-Получив точки 1', 2', 3', 4', их соединяют между собой, образуя искомую характеристику /?Д/_д). Аналогично можно построить любую другую реостатную характеристику.

При ступенчатом реостатном пуске ток в тяговом двигателе колеблется от /min до /щах. На рис. 66 поясняется порядок построения пусковой диаграммы. В правой части рис. 66 проведены две вертикали через точки A'(/mm) и С'(1_тах) до пересечения с автоматической характеристикой в точках В', D'. Сопротивления пусковых реостатов, соответствующие токам /_тщ и /_тах, определяют из формулы (37) при и = 0:

Дс = г_д.

*min 'max

Характеристики Ra(v) и Rc(v) на рис. 66 проведены через точки А, В, С, D. Далее из точки D проводят горизонталь до пересечения с характеристикой Ra{v), из точки пересечения 11 проводят вертикаль до пересечения с характеристикой Rc(v)- Из точки пересечения 10 снова проводят горизонталь до пересечения с характеристикой Ra(v) и т. д. Таким образом, получают ступенчатую кривую, вписанную между характеристиками Ra(v) и Rc(v)- Затем горизонтальные линии полученной ступенчатой кривой продолжают до вертикальных прямых в правом квадранте, проходящих через точки, соответствующие /min и /щэх. Полученные точки пересечения 1', 2', 3' и т. д. соединяют между собой так, как показано на рис. 66.

Полученная ломаная кривая является пусковой диаграммой, изображающей изменение тока двигателя в процессе пуска в диайазоне скорости т. е. до выхода на автоматическую характеристику двигателя, соответствующую напряжению ?/_д.

Наклонные ЛИНИИ, заключенные между значениями /min И /щах, являются реостатными характеристиками v(I_д) при соответствующих сопротивлениях ступеней пусковых реастатов R_{, R₂ и т. д.

Для предварительного построения начальной зоны пусковой диаграммы на оси токов /_д откладывают значение начального тока /і = /_д0. При R_n = Ri точка пересечения реостатной характеристики у(/_д) с осью /_д на рис. 66 обозначена через /]_У. Интервал между /]_У и /і делят на N интервалов так, чтобы каждый из них не превышал значения А1 = /_Шах-/min. Следовательно,

N = - ^/^~^/Д° . . (38)

/щах - /min

Значение N, полученное из формулы (38), округляют в большую сторону до ближайшего целого числа. Полученные значения токов на рис. 66 обозначены через h, h¦ Значения сопротивлений, обеспечивающих такие токи при н = 0, можно определить из выражения (37).

Полученные N значений токов в начальной зоне пусковой диаграммы совместно с ранее построенными реостатными характеристиками рабочей зоны определяют общее предварительное число ступеней пускового реостата, требуемое для обеспечения пуска по заданным условиям ао, а_Ср, Кі-

Схемы пусковых реостатов. На основании полученных из предварительной пусковой диаграммы числа ступеней и значений сопротивлений каждой из них составляют схему соединений пуско-

Рис. 66. Ступенчатая диаграмма реостатного пуска при одной группировке двигателей

вого реостата, которая должна отвечать следующим основным требованиям:

возможность образовать требуемое число ступеней, полученное из предварительной пусковой диаграммы;

обеспечивать значения сопротивлений каждой ступени, близкие к расчетным;

иметь наименьшее число контактов для получения требуемого числа ступеней;

переключение контакторов должно осуществляться без разрыва тока;

нагрузка на отдельные секции реостатов должна быть по возможности равномерной.

Выбор схемы реостатов зависит от числа и способа перегруппировок тяговых двигателей, а также числа ступеней пусковых реостатов.

На рис. 67 представлена так называемая верньерная схема, в которой реостат разделяется на две группы: одна группа состоит из секций а-г - регулируемая, а другая из секции д - нерегулируемая. В начале пуска обе группы резисторов соединяются последовательно и общее пусковое сопротивление уменьшается при замыкании секций регулируемой группы резисторов. Затем обе группы соединяются параллельно и в дальнейшем общее сопротивление уменьшается также вследствие замыкания секций регулируемой группы резисторов. Порядок замыкания контакторов приведен в табл. И.

Возможны и другие варианты верньерных схем. Главным преимуществом этих схем является то, что они позволяют при относительно малом числе контакторов получить большое число пусковых ступеней. Аналогичные схемы реостатов можно использовать для регулирования тока в цепи независимой обмотки возбуждения. Верньерные схемы используют на подвижном составе с одним тяговым двигателем или с одной группировкой ТЯГОВЫХ двигателей.

Рис. 67. Верньерная схема реостата

После определения и выбора сопротивлений ступеней пускового реостата их проверяют на длительный и максимальный тепловой режим [1].

Критерием правильного выбора реостатов и их компоновки является отсутствие превышения допустимых температур, а также наименьшие размеры массы.