Тормозные характеристики и схемы реостатного торможения

Во время торможения тяговый двигатель, работающий в генераторном режиме, подключается к тормозному реостату Я?, по которому протекает тормозной ток

Принимая сопротивления на пусковых и тормозных позициях одинаковыми при постоянном коэффициенте ослабления возбуждения а, графическое построение тормозных характеристик сводят к следующему. По уравнению (44) строят прямолинейные характеристики v(R_T) для нескольких значений /_т = const (рис. 72). Затем через точки, соответствующие значениям тормозных (пусковых) сопротивлений Rri на каждой позиции, проводят вертикальные прямые, которые пересекают зависимости у(/?_т) при 7_T = const. Указанные точки пересечений сносят по горизонтали в правый квадрант с координатами v и /_т. Пересечения этих горизонталей с вертикалями, проведенными через точки соответствующие токам /ті = const, являются точками характеристики у(/_т) при соответствующем Rii.

При автоматическом изменении тормозного сопротивления в процессе снижения скорости подвижного состава ток под контролем ТОКОВОГО реле ускорения (РУ) колеблется ОТ /тшіп ДО /тілах-Поэтому для построения тормозной диаграммы с колебаниями тока от /тлил до /_Тщах в квадранте с координатами v, R_T строят линейные зависимости V (R?) при /т = /ттіп = const и /_Т = /ттах = const (рис. 73),

Затем между прямыми v(R_т) при /ттїп И /ттах ВПИСЫВаюТ СТу-пенчатую кривую в такой последовательности. По оси v из точки 1 пересечения оси v с зависимостью v(R_T) при /тты проводят вертикаль ДО пересечения С прямой V(Rt) при /ттах в точке 2. Из ТОЧКИ 2 проводят горизонталь до пересечения прямой v(R_т) при /_ттш и получают точку 3. Из точки 3 проводят вертикаль до пересечения с прямой v(R?) при /ттах и получают точку 4 и т. д.

В правой части рис. 73 построена тормозная диаграмма при изменении тока от /ттш до /ттах. В верхней части тормозной диаграммы показаны ограничения по максимальной допустимой ско-рОСТИ ПОДВИЖНОГО СОСТАВИ Утах (прямая /).

Обычно В зоне ВЫСОКИХ скоростей ОТ Va ДО Ушах, торможение осуществляют при ослабленном возбуждении тягового двигателя. Это позволяет избежать превышения допустимых значений напряжения на них и снизить тормозное сопротивление на первых тормозных позициях. Последнее, как правило, облегчает согласование сопротивлений ступеней пусковых и тормозных реостатов.

где К_эм = 3,6 сФ1 - электромагнитная сила, определяемая с помощью нагрузочных кривых Е/п (/^в, /т) ¦

В тормозном режиме с двигателями последовательного возбуждения (рис. 71) чаще всего используют пусковые реостаты и электроаппаратуру, предназначенную для пускового режима, поэтому требуется согласование пусковых и тормозных характеристик.

При торможении с высокой скорости напряжение на тяговом двигателе не должно превышать максимального допустимого напряжения ?/_Ттах по условиям ограничения максимального напряжения между коллекторными пластинами двигателя. Напряжение Оттах зависит от степени ослабления возбуждения, конструктивных параметров и изоляционных материалов тягового двигателя. Это напряжение обычно в 1,5-1,8 раза больше номинального напряжения двигателя и обусловливает наибольший тормозной ток /_т в зависимости от скорости ц_т по закону

(48)

Принимая, что зависимость сФ(/⁷ в, I) для пускового и тормозного режимов одинакова, заменим значение сФ в формуле (48) согласно уравнению (40). В результате получим

(49)

где С/д, V - напряжение на двигателе и скорость в пусковом режиме.

Уравнение (49) позволяет построить ограничения по напряжению на двигателе в области высоких скоростей при полном (а=1) и ослабленном (а<1) возбуждении. На рис. 73 показаны ограничения при полном возбуждении 2 и при ослабленном возбуждении 2'. Кривая 3 изображает ограничения по сцеплению. Тормозная диаграмма считается удовлетворительной по условиям сцепления, если ток в тяговых двигателях не выходит за ограничения кривой 3.

Строя тормозную диаграмму в области ограничений по напряжению на двигателях, характеристику первой позиции выбирают так, чтобы при скорости о_тах замедление ненагруженного подвижного состава не превышало 0,4-0,5 м/с². Между первой тормозной характеристикой при /?ц и характеристикой 13'-14' строят несколько промежуточных характеристик. Их число выбирают так, чтобы при переходе с одной позиции на другую замедление изменялось плавно и приращение его не превышало 0,4 м/с². При автоматическом управлении плавного нарастания замедления в области высоких скоростей обычно достигают изменением уставки тока регулирования реле ускорения.

Рис. 72. Графическое построение характеристики реостатного торможения графическим методом

Возможно также регулировать замедление в области высоких скоростей с помощью реле минимального напряжения, которое обеспечивает переключения с одной характеристики на другую при определенном напряжении на двигателе (см. рис. 73).

Рис. 73. Построение тормозной диаграммы

В случае если использование пусковых ступеней сопротивлений при торможении не обеспечивает желаемой тормозной диаграммы

(колебания тока превышают заданные /ттт, /_Ттах), приходится корректировать некоторые ступени или даже изменять их число. После этого проверяют пусковую диаграмму по скорректированным сопротивлениям.

При согласовании сопротивлений ступеней пускотормозных реостатов следует учитывать, что при больших замедлениях, существующих на городском электрическом транспорте, возможно допускать на последних тормозных позициях существенно большие колебания тормозного тока, чем полученные при построении тормозной диаграммы, так как на этих позициях тормозное сопротивление мало и, следовательно, тормозная цепь имеет большую постоянную времени. Поэтому в действительности колебания тормозного тока сглаживаются (см. рис. 73, штриховые линии). Схема торможения, число тормозных позиций и порядок переключений в значительной мере зависят от системы возбуждения тяговых двигателей. "!

При торможении с двигателями последовательного возбуждения чаще всего обмотку возбуждения включают последовательно с якорем генератора (см. рис. 71). Схема торможения генератора последовательного возбуждения не требует дополнительного источника, в ней процесс торможения не зависит от уровня (и наличия) напряжения в контактной сети и требуемая тормозная сила обеспечивается при оптимальном использовании машины.

Недостатком схемы с последовательным возбуждением генераторов является относительная длительность и нестабильность процесса самовозбуждения генераторов. Время самовозбуждения зависит от скорости, сопротивления тормозного реостата, степени ослабления возбуждения и остаточного магнитного потока в машине.

Для ускорения и стабилизации процесса самовозбуждения в начале торможения иногда применяют дополнительное возбуждение с помощью специальной небольшой подмагничивающей обмотки возбуждения. Причем эта дополнительная обмотка питается либо от контактной сети, либо от другого источника (например, аккумуляторной батареи).

Рис. 74. Схемы реостатного торможения с самовозбуждением генераторов последовательного возбуждения с двумя (а) и с четырьмя (б) тяговыми двигателями

Иногда подготовку к торможению начинают с торможения (с малой тормозной силой) в режиме выбега. Последнее, хотя и уменьшает время наступления эффективного торможения, связано с существенным увеличением расхода электроэнергии.

Схема электрического торможения с двигателем последовательного возбуждения, замкнутым на тормозной реостат, является электрически устойчивой. В случае установки на подвижном составе двух или четырех двигателей в режиме торможения их соединяют параллельно или последовательно-параллельно.

Если параллельно работающие генераторы последовательного возбуждения включить на общий тормозной резистор, через который протекает суммарный ток генератора, то схема будет электрически неустойчива и, следовательно, неработоспособна. Для получения устойчивой схемы в этом случае прибегают к перекрестной схеме соединения обмоток двигателей, т. е. обмотки возбуждения одной группы двигателей включают в цепь якорей другой группы и, наоборот, обмотки возбуждения другой группы - в цепь обмоток якорей первой группы (рис. 74).

Реостатное торможение с генераторами смешанного возбуждения применяют на некоторых троллейбусах и трамвайных вагонах. Рассмотрим схему торможения с одним двигателем (рис. 75). В ней обмотка независимого возбуждения через регулируемое сопротивление резистора Яш подключена к контактной сети, а обмотка последовательного возбуждения включена в цепь якоря генератора.

В двигателях смешанного возбуждения с преобладающей (по м. д. с.) обмоткой независимого возбуждения при пуске обмотки возбуждения включаются согласно, а при торможении встречно.

Рис. 75. Схема реостатного торможения с двигателями смешанного возбуждения

Для перехода с тягового на тормозной режим отключают якорь двигателя от контактной сети и подключают его к тормозному реостату /?т. Обмотка независимого возбуждения при этом остается подключенной к контактной сети. В результате под действием э. д. с. вращения в обмотках якоря и последовательного возбуждения ток меняет свое направление. Так как направление потока в машине сохраняется (оно определяется в любом режиме обмоткой независимого возбуждения), а направление тока в обмотке якоря изменяется на противоположное, то появляется тормозная сила.

Характеристики реостатного торможения о_т(/_т); В (1т), В(у_т) при Ять Ят2, Ятз и /ш, 1'ш для генератора встречно смешанного возбуждения строятся по формулам (44), (45) и приведены на рис. 76.

Тормозную силу и тормозной ток в двигателях смешанного возбуждения регулируют изменением тока в обмотке независимого возбуждения При увеличении тока в обмотке якоря увеличивается ток в обмотке последовательного возбуждения, что приводит к уменьшению потока в машине и, начиная с некоторого значения тока /т, к снижению тормозной силы, поэтому характеристики В (7_Т) имеют максимум.

Характеристики генератора встречно-смешанного возбуждения благоприятны для торможения, так как в широком диапазоне скоростей тормозная сила изменяется незначительно. Такие характеристики требуют значительно меньше ступеней тормозных реостатов, и следовательно, контакторов.

К недостатка^ схемы торможения генератора встречно-смешанного возбуждения следует отнести несколько меньшие тормозные силы из-за недоиспользования магнитного потока, зависимость тормозной силы от уровня (и наличия) напряжения в контактной сети, а также значительное снижение тормозной силы в зоне малых скоростей.

Рис. 76. Тормозные характеристики, 7?_ті>7?_Т2>і?тз, Т_т>Т

Рис. 77. Схема реостатного торможения (а) и тормозные характеристики (б)

Отмеченные недостатки в значительной мере устранены в схеме с генератором согласно-смешанного возбуждения (рис. 77, а). Здесь м. д. с. обмоток независимого и последовательного возбуждения направлены согласно и в цепь обмотки независимого возбуждения введена часть тормозного реостата /?_Т2, по которому протекает сумма токов /_т и /_ш. Основная составляющая м. д. с. в этой схеме создается обмоткой последовательного возбуждения, а с помощью тормозного реостата Ят2 (стабилизирующего резистора) тормозным характеристикам г>_т(/_т) придается требуемая «мягкость» (крутизна), что обеспечивает достаточную постоянность тормозной силы при изменении скорости. Для примера на рис. 77,6 приведены тормозные характеристики п_т(/_т) при различных значениях соотношений \Ус и уИ7_ш, где У = ^т2/[/'ш+ (Дш + Дтг) (Лп+ +/"р)/г_р]. Если ’Н7_с=у^_ш, то характеристики соответствуют независимому возбуждению (прямая 1, рис. 77,6). Если Ш_с>у№_ш, то характеристики аналогичны согласно-смешанному возбуждению (кривая 2), а при №_с<.у№_т- встречно-смешанному возбуждению ¦- кривая 3.

Использование стабилизирующего резистора иногда позволяет обеспечить приемлемые тормозные характеристики даже при отключенной обмотке последовательного возбуждения (например, на трамвайном вагоне КТМ-5М-3 и троллейбусе ЗиУ-9). Однако такая схема торможения существенно уступает схемам с самовозбуждением в отношении наибольшего тормозного усилия.

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СХЕМЫ ТРОЛЛЕЙБУСОВ С КОСВЕННОЙ АВТОМАТИЧЕСКОЙ СИСТЕМОЙ УПРАВЛЕНИЯ