Общие сведения о рекуперативном торможении

Принцип рекуперативного торможения. Рекуперативное торможение базируется на принципе обратимости электрических машин, согласно которому любая электрическая машина может работать как генератором, так и электродвигателем, т.е. переходить из генераторного режима в двигательный и наоборот.

В тяговом режиме (рис. 8.1, а) тяговый электродвигатель подключен к контактной сети, потребляет из нее электрическую энергию и преобразовывает ее в механическую. По обмоткам электродвигателя протекает ток I , направление его показано стрелками. Ток обмотки якоря создает магнитный поток Ф, при взаимодействии которого с магнитным полем главных полюсов возникают электромагнитные силы Е Направление их определяется по правилу левой руки. Пара сил, действующих на проводники обмотки якоря под северным и южным полюсами, создает электромагнитный вращающий момент М_вр, заставляющий якорь вращаться против часовой стрелки с частотой п.

При переходе из тягового режима в режим выбега (рис. 8.1, б) тяговый электродвигатель линейными контакторами отключается от контактной сети. Прохождение тока по его обмоткам прекращается, и электромагнитные силы исчезают. Однако якорь под действием накопленной кинетической энергии поезда, которая при движении по спуску еще и возрастает, вращается в прежнем направлении с частотой п.

Для перевода тягового электродвигателя в генераторный режим собирается схема рекуперативного торможения. Обмотки главных полюсов отключаются от обмотки якоря и подключаются к независимому источнику питания, которым является генератор АМ-Г преобразователя, а обмотка якоря подключается к контактной сети (рис. 8.1, в). Проводники обмотки якоря вращаются в магнитном поле главных полюсов, и в них индуцируется э.д.с.

Рис. 8.1. Схемы, поясняющие образование тормозного момента при переходе тягового электродвигателя из тягового режима работы в генераторный: а - тяговый режим; б — режим выбега; в - генераторный режим

При уменьшении сопротивления резистора г_р в цепи генератора АМ-Г увеличивается его э.д.с., возрастает ток, протекающий по обмоткам главных полюсов тягового электродвигателя, и его э.д.с.

Когда э.д.с. электродвигателя становится больше, чем напряжение контактной сети, от плюсового якорного зажима в контактную сеть начинает протекать ток, совпадающий по направлению с э.д.с. Это свидетель

ствует о том, что тяговый электродвигатель перешел в генераторный режим и ток является генераторным током, или током рекуперации 1_р. Направление тока в обмотке якоря по сравнению с тяговым режимом изменилось на противоположное, что привело к изменению направления электромагнитных сил Г, действующих на проводники обмотки якоря, и электромагнитного момента, созданного этими силами. Он направлен по часовой стрелке, т.е. против направления вращения якоря, и поэтому является тормозным моментом М_т. Чем больше ток рекуперации, тем больше тормозной момент м_т = С_м1_рФ (здесь С_м — постоянная электрической машины), тем меньше частота вращения якоря и колесной пары.

Для обеспечения рекуперативного торможения должны быть выполнены следующие условия:

• так как тяговый электродвигатель последовательного возбуждения не может быть переведен в режим рекуперативного торможения, его необходимо перевести на независимое возбуждение. Для этого обмотки возбуждения всех тяговых электродвигателей подключаются к генератору преобразователя;

• направление тока в обмотках возбуждения тяговых электродвигателей должно оставаться таким же, как в режиме тяги;

• суммарная э.д.с. всех тяговых электродвигателей должна быть больше напряжения в контактной сети;

• электровоз должен работать в замкнутом контуре, т.е. между контактной сетью и рельсовой цепью должен быть включен потребитель: тяговая подстанция, принимающая электроэнергию, или электровоз, работающий в режиме тяги.

Простейшая схема рекуперативного торможения с противовозбуж-дением генератора преобразователя. Одним из условий обеспечения рекуперативного торможения является стабилизация тока рекуперации при колебаниях напряжения в контактной сети. Это условие выполняется в схеме рекуперации с иротивовозбуждением генератора преобразователя (рис. 8.2), имеющего на сердечниках главных полюсов катушки двух обмоток, магнитные потоки которых направлены встречно друг другу. Катушка обмотки независимого возбуждения (НОВ) создает основной магнитный поток полюса, катушка обмотки противовозбуждения (ОПВ) предназначена для стабилизации тока рекуперации.

Сбор схемы рекуперативного торможения. При включении кнопки “Возбудители” включается контактор КЗ и получает питание независимая обмотка (НОВ) главных полюсов двигателя АМ-Д преобразователя. Затем контактором К53 к контактной сети подключается его обмотка якоря вместе с обмоткой последовательного возбуждения (ПОВ). Двигатель АМ-М начинает вращать якорь генератора АМ-Г.

При сборе схемы торможения обмотка возбуждения ОВ тягового электродвигателя ТЭД отключается от обмотки якоря и подключается к якорю генератора АМ-Г преобразователя. Затем, после включения контактора К62, к цепям управления через резистор переменного сопротивления ЯЗІ подключается обмотка независимого возбуждения (НОВ) генератора

Рис. 8.2. Простейшая схема рекуперации с противовозбуждением генератора преобразователя

АМ-Г. На зажимах его якоря появляется э.д.с., по обмотке возбуждения ОВ тягового электродвигателя начинает протекать ток возбуждения 1_в, и на зажимах якоря тягового электродвигателя также появляется э.д.с.

Подключение тягового электродвигателя к контактной сети и установление необходимого тока рекуперации. Подключение тягового электродвигателя к контактной сети должно произойти тогда, когда величина его э.д.с. превысит напряжение контактной сети и_кс на 80—100 В. Для увеличения э.д.с. тягового электродвигателя увеличивают э.д.с. генератора АМ-Г путем уменьшения сопротивления резистора Я31 при перемещении тормозной рукоятки контроллера машиниста. Уменьшение сопротивления резистора Я31 увеличивает ток в обмотке НОВ, а значит и создаваемый им магнитный поток, что приводит к росту э.д.с. генератора АМ-Г. Увеличение э.д.с. генератора вызывает рост тока возбуждения тягового электродвигателя, что, в свою очередь, приводит к увеличению магнитного потока обмотки ОВ, а значит и э.д.с. тягового электродвигателя. Рассмотренный процесс можно кратко описать следующим образом:

ЯЗи -> 1_Н0ВТ -> Ф_|ЮВТ -> Е,.Т -> 1_втэдТ -» Ф_тэд^ -> ^Етэ_д^- ^КогД^{а Е}тэ_Л ^пР^е‘

высит и_кс на 80—100 В, произойдет подключение тягового электродвигателя к контактной сети, после чего образуется цепь тока рекуперации: плюсовой зажим якоря ТЭД, силовые контакты БВ, токоприемник, контактная сеть, цепь тяговой подстанции или электровоза, работающего в

режиме тяги, рельсовая цепь, обмотка ОПВ АМ-Г, минусовый зажим якоря ТЭД. После начала протекания тока по обмотке противовозбуждения магнитный поток главных полюсов АМ-Г будет равен разности потоков, создаваемых обмотками НОВ и ОПВ: Ф_г = С» — ф

Поскольку э.д.с. ТЭД больше напряжения контактной сети, ток рекуперации

Е - и

Т — ^ТЭД ^ КС

^[р я" ’

Чэд

где Я,. — сопротивление обмоток электродвигателя.

Для получения необходимого тока рекуперации и тормозного момента вновь уменьшают сопротивление резистора ЯЗЕ Е_тэд при этом возрастает (процесс рассмотрен выше), а следовательно, увеличиваются 1_р (см. формулу) и М_т.

Стабилизация тока рекуперации при колебаниях напряжения в контактной сети. При изменении напряжения в контактной сети процесс стабилизации тока рекуперации протекает следующим образом: и ! —> 14- —> Ф 4- —>Ф Т —> I Т —> Ф Т —> Е Т->1 Т или и 4- —> I т —>Ф Т —> Ф_г4- —> 1_ВХЭД4- —» Ф_хэд4- —> Е_тэд4- —> 1_р4-, т.е. за счет действия обмотки ОПВ генератора АМ-Г ток рекуперации сохраняет свое первоначальное значение.