Потери электроэнергии в пусковых резисторах и тяговых двигателях

В пусковых резисторах теряется большое количество электроэнергии в период пуска поезда. Так, па восьмиосном электровозе в пусковых резисторах теряется около 25-30 % всей электроэнергии, расходуемой до выхода на безреостатную позицию параллельного соединения тяговых двигателей. На электровозе переменного тока ВЛ80^К потери электроэнергии- в силовых трансформаторах, сглаживающих реакторах и другой аппаратуре составляют 360 кВт, или 42,5% общих потерь.

За один пуск электропоезда ЭР1 (ЭР2) в пусковых резисторах теряется около 4,6 кВт-ч электроэнергии. Расчеты и опытные поездки показывают, что с уменьшением времени разгона и снижением скорости движения поезда при выходе на безреостатную позицию сокращаются потери электроэнергии в пусковых резисторах.

В зависимости от длины перегона процент потерь электроэнергии в пусковых резисторах изменяется. Чем меньше расстояние между остановочными пунктами, тем больше эти потери. Последние изменяются также в зависимости от скорости. На низких скоростях и коротких перегонах процент потерь примерно в 3 раза больше, чем при высоких скоростях.

На длинных перегонах (от 6 до 12 км) процент потерь на низких скоростях в 2 раза больше, чем на высоких. Это объясняется тем, что движение поезда на высоких скоростях происходит длительное время на ходовых позициях с полностью выведенными пусковыми резисторами.

Рис. 9. Потери электроэнергии в реостатах при разгоне на площадке электропоезда ЭР2

Изменение тока I(t) одного моторного вагона и скорости »(/) во время разгона электропоезда ЭР2 на площадке показано на рис. 9. Двойной ток на девятой секунде разгона связан с переключением схемы сбеди-нения тяговых двигателей с последовательного на параллельное соединение. Линия r(t) отражает усредненный характер изменения величины пускового сопротивления. По кривым рис. 9 можно подсчитать потерю электроэнергии в пусковых резисторах Ар(0 в любой момент времени. Время выхода на безреостатную позицию на электропоезде составляет примерно 14,6 с. Потери в пусковых резисторах (Вт-ч)

Суммарный расход электроэнергии складывается из потерь на всех позициях последовательного и параллельного соединения реостатного контроллера. Потери на электропоезде ЭР2 при последовательном соединении 2,45 кВт-ч, при параллельном - 2,17 кВт-ч.

Процент пусковых потерь на электропоездах ЭР22 примерно в 1,7 раза выше, чем на электропоездах ЭР1, ЭР2. Это объясняется тем, что на электропоездах ЭР22 лишь одна группировка тяговых двигателей. Следует заметить, что пусковые потери на электропоездах в практике бывают несколько выше расчетных, так как некоторые машинисты при отправлении поезда с остановочного пункта длительное время задерживают рукоятку контроллера машиниста на маневровом положении, увеличивая время реостатного пуска, что приводит к перерасходу электроэнергии в пусковой период.

Увеличение пускового тока, особенно при большом весе поезда и крутом подъеме, как правило, приводит к уменьшению потерь электроэнергии в резисторах. Однако некоторые машинисты при трогании поезда на спусках разгоняют состав на малых токах или вообще без тока. В этом случае необходимо учитывать, что это приводит к большой потере времени и потребуется в дальнейшем нагонять опоздания, что может привести к перерасходу электроэнергии. В табл. 6 показаны расчеты уменьшения потерь электроэнергии в резисторах в зависимости от пускового тока. Расчеты сделаны на электровозах ВЛ8, ВЛ10. При разных весах поездов увеличение пускового тока брали на 50 А. Из табл. 6 видно, что чем круче подъем и больше ток, тем потери в резисторах уменьшаются. Так, при весе поезда 3200 тс

Таблица б

на подъеме 6%₀ с токо'М 400 А вместо 350 А экономия электроэнергии достигает 74,9 кВт-ч.

Применение ослабления возбуждения на электропоездах и электровозах при поездах малого и среднего веса также уменьшает потери электроэнергии в пусковых резисторах.

Па электровозах переменного тока при разгонах возникают потери в трансформаторе и реакторах особенно в таких случаях, когда двигатели работают на малой мощности на 21-й позиции группового контроллера и к н.д. электровоза низкий. Локомотивным бригадам необходимо стремиться пуск осуществлять при больших токах двигателей, тем самым, поднимая кпд. электровоза, скорее выводить на высокие позиции групповой контроллер.

Потери электроэнергии в тяговых двигателях зависят от скорости движения, длины перегона, уставки пускового тока, величины сопротивлений тяговых двигателей, длительности протекания тока. Электрическая энергия, теряемая в тяговых двигателях, характеризуется к.п.д. (г)_д). В тяговых характеристиках показывается зависимость к.п.д. от тока нагрузки 1 при различных режимах работы - полном возбуждении и ослабленном возбуждении, при разных скоростях движения (рис. 10).

Во всех случаях потери электроэнергии будут зависеть ог времени протекания тока по двигателю Д?:

Аг=- иц 1-т,)Д/.

Потери мощности в тяговых двигателях делятся на электрические, магнитные и механические:

Д />_м = Л Д ^маг Ь Л Р_мех.

Электрические потери возникают в меди и увеличиваются пропорционально квадрату тока, магнитные потери - в стали и возрастают с увеличением частоты вращения якоря, т. с, с ростом скорости движения электропоезда. Механические потери зависят от состояния якорных подшипников, наличия в них смазки, правильности установки якоря в буксовых щитах тягового двигателя и других причин, связанных с монтажом и эксплуатацией. Механические потери с увеличением скорости возрастают. Следовательно, первые достигают больших величин при разгоне, вторые-при езде в тяговом режиме на высоких скоростях. Существуют также добавочные потери в проводниках обмотки якоря и металлических бандажах, в полюсных наконечниках и др.

Рис. 10. Характеристика тягового двигателя УРТ-110Б электропоезда ЭР2, приведенная к ободу колеса

Во время ведения поезда машинист, выбирая положение рукоятки контроллера, должен учитывать электрические потери в тяговых двигателях Например, па последовательном соединении они несколько меньше вследствие того, что такое соединение тяговых двигателей при ослабленном возбуждении уменьшает сопротивление обмоток, и к.п.д. двигателей повышается до 0,782. Электрические потери также изменяются в зависимости от степени нагрева тяговых двигателей, так как при нагреве изменяется их сопротивление.

При параллельном соединении тяговых двигателей с повышением скорости растут мощности двигателей и потери в них, но мощность растет быстрее, чем потери, и это приводит к повышению к.п.д. до 0,847. На ослабленном возбуждении параллельного соединения мощность потерь в двигателе снижается, и к.п.д. двигателя возрастает до 0,868.

В электровозах переменного тока ВЛ80' потери в тяговых двигателях и зубчатой передаче составляют 486 кВт, или 57,5 % общих потерь на электровозе. В связи с этим ставится вопрос об отключении части тяговых двигателей на мощных локомотивах при движении с легкими поездами. Ученые совместно с ответственными работниками локомотивного главка подсчитали потери в тяговых двигателях ТЛ-2К1 и НБ-418К.6 электровозов ВЛ10 и ВЛ80^Т. Электромеханические характеристики электродвигателя ТЛ-2К1 показаны на рис. 11. Для расчета брали потери, которые имели различия при работе электровоза на четырех и восьми тяговых двигателях, т. е. потери в меди обмоток, пропор-

Рис. 11. Электромеханические характеристики электродвигателя ТЛ-2К.1 при напряжении ({/_д=1500 В)

цнональные квадрату тока, и потери в стали магпито-провода, пронорциоиальпые квадрату магнитного потока. Результаты расчетов сведены в табл. 7 (в числителе для электровозов ВЛ10, в знаменателе для электровозов ВЛ80^Т).

Так как тяговое усилие пропорционально току якоря и магнитному потоку, то при увеличении якорного тока повышение силы тяги в 2 раза произойдет при сохранении магнитного потока. Отсюда при работе электровоза на четырех двигателях, очевидно, потери в обмотках возрастут в 4 раза, а потери в стали будут такими же, как при работе восьми двигателей. Как видно из табл. 7, на электровозах ВЛ10 при скорости 80 км/ч при работе четырех двигателей потери уменьшаются на

9,5 кВт-ч, а для электровозов ВЛ80^Т при такой же скорости суммарные потери уменьшатся на 3,5 кВт-ч Расчеты показывают, что при более низких скоростях потери не уменьшаются. Однако машинисты в своей практической работе подметили, что при вождении легковесных поездов избыточная мощность приводит к перерасходу электроэнергии, а поэтому в таких случаях они стараются отключать часть тяговых двигателей или даже целую секцию. Омский институт железнодорожного транспорта провел исследования на электровозах ВЛ8, В Л10 постоянного тока и сделал заключение, что более половины поездов при установившемся движении (исключая разгон) не требуют полной мощности локомотива, и предложил специальную схему отключения тяговых двигателей. Электровозы, оборудованные такой схемой, потребляют электроэнергии на 1,5-2,5 % меньше, а на электровозах переменного тока экономия достигает до 4 %.

На электропоездах, когда движение но перегону ограничено низкой скоростью, машинист может выдерживать ее при различных режимах работы тяговых двигателей, так как сила тяги в этих условиях значительно больше, чем сопротивление движению. В этом случае к.п.д. двигателей очень низкий и электроэнергия, забираемая из сети, теряется в двигателе и передаче. Потери эти можно уменьшить, если отключить часть двигателей с тем, чтобы оставшиеся работали при токах нагрузки, соответствующих максимальным значениям к.п.д. Учитывая, что в настоящее время в пригородном движении вводятся двенадцативагонные поезда, при наличии шестимоторных вагонов в период, когда поезда ходят малонаселенными, отключение одного или двух моторных вагонов даст дополнительную экономию электроэнергии.

При отключении части тяговых двигателей и движении поезда с равномерной скоростью сопротивление движению поезда практически не зависит от числа работающих двигателей, а потребление электроэнергии при отключенной части моторных вагонов будет меньше из-за сокращения потерь в двигателях. В тех случаях, когда локомотивная бригада при ведении поезда в режиме использует длительный «выбег» (т. с. фаза установившегося движения отсутствует, а фаза разгона осуществляется при токе, дающем высокое значение к.п.д. двигателя), отключение части моторных вагонов такого эффекта не дает, а иногда может приводить и к перерасходу электроэнергии. Таким образом, отключение части тяговых двигателей приносит экономию электроэнергии, особенно в режимах усредненных скоростей движения. Очевидно, есть необходимость подумать о дистанционном управлении отключения тяговых двигателей моторных вагонов.