Режимы нагрузок АТД

Режимы нагрузок тяговых двигателей определяются не типом двигателя, а условиями эксплуатации для конкретного вида ЭПС. Например, для грузового электровоза (рис. 1.1, а) характерны наибольшая реализуемая сила тяги /^г тах при разгоне (диапазон скоростей 0 - Ином) и соответственно нарастание мощности Р на этом участке, пропорциональное росту скорости и; сохранение мощности Лпах ^в диапазоне скоростей Оном - »1, где, естественно, сила тяги Г уменьшается. Наконец, при скоростях v₁ - и_тах мощность уменьшается в соответствии с формой тяговой характеристики на этом участке.

Грузовые электровозы характеризуются отношением максимальной скорости о_тах к номинальной ином, примерно равным 2. Мощность, развиваемая тяговым двигателем при максимальной скорости для грузовых электровозов, меньше номинальной и обычно составляет (0,5-^-0,6) Рдом- Формы кривых нагрузок (см. рис. 1.1, а) обусловлены необходимостью развить наибольшую мощность в конце разгона электровоза и поддержанием ее при движении на руководящем подъеме.

Рнс. 1.1. Характерные зависимости мощности и силы тяги от скорости движения для грузовых электровозов (а) и пассажирских электровозов и электропоездов (б)

При движении поезда на площадке в диапазоне скоростей у_х - и_тах потребная сила тяги резко снижается.

Для пассажирских электровозов и электропоездов с максимальной скоростью 130-160 км/ч отношение максимальной скорости к номинальной обычно составляет 1,4-1,6 (рис. 1.1, б). Вследствие существенного влияния аэродинамического сопротивления поезда на общее сопротивление движению для пассажирских электровозов и электропоездов желательно сохранить расчетную мощность в диапазоне скоростей и_нпм и_тах-

Если максимальные скорости электровозов или электропоездов увеличить до значений 200-250 км/ч, то кривые мощности и силы тяги будут иметь вид, представленный на рис. 1.1, 6 штриховыми линиями. На высокой скорости аэродинамическое сопротивление будет преобладающим по сравнению со всеми составляющими сопротивления движению, в том числе от сопротивления движению на подъемах. По этой причине здесь потребуется развить максимальную мощность на максимальной скорости. Естественно, что сила тяги должна сохраняться наибольшей как при разгоне, так и при максимальной скорости.

Электроподвижной состав с АТД, питающимися от тиристорного преобразователя, должен реализовывать эффективное электрическое торможение с возвратом энергии торможения в сеть. Для рассмотренного ЭПС мощность электрического тормоза, как правило, не превышает мощности тягового режима, поэтому кривые мощности и тормозных усилий обычно близки к соответствующим кривым тягового режима.

К электропоездам метрополитена предъявляются специфичные требования по мощности. В тяговом режиме пусковая мощность Р_п обычно ограничена пропускной способностью устройств энергоснабжения (максимальным током на один вагон). Это обусловливает отношение скоростей v_maJv_noм на уровне У_тах!у_ком = 2,54-3,5. В режиме электрического торможения нет жестких ограничений по устройствам электроснабжения, поскольку рекуперируемая энергия в значительной части потребляется соседними поездами, работающими в тяговом режиме. Кроме того, желательно обеспечить интенсивное торможениє на высокой скорости с тем, чтобы предельно сократить перегонное время хода. Иными словами, мощность тягового двигателя в тормозном режиме должна по меньшей мере в 2 раза превышать пусковую мощность тягового режима. При этом скорость начала интенсивного торможения обычно в 2 раза превышает скорость выхода на пусковую мощность в тяговом режиме, поскольку предельные тяговые и тормозные усилия должны быть примерно одинаковыми. При скорости и_тах иногда может потребоваться снижение мощности в тяговом и тормозном режимах по условию статической устойчивости АТД (см. п. 7.6).

Приведенные на рис. 1.1, 1.2 кривые дают представление о нагрузках асинхронных тяговых двигателей ЭПС разных типов. Количественные соотношения даны приблизительно. Они уточняются в техническом задании на проектирование конкретного образца ЭПС.

По приведенным кривым мощности можно получить кривые токовых нагрузок, если задаться закономерностью изменения напряжения тягового двигателя во всем диапазоне изменения скоростей от 0 доа_тах. Здесь и далее будут приниматься в расчет фазные напряжения и токи тяговых двигателей, а также соединение обмоток статора в звезду.

Для ЭПС большинства типов целесообразно сочетать номинальное напряжение 6/, „ом с номинальной скоростью движения, полагая, что в диапазоне скоростей о_ном - ц_тах оно будет сохраняться неизменным, т. е. принять здесьL'x„ом = const. Иногда может оказаться целесообразным некоторое увеличение напряжения и в диапазоне скоростей

Умом Ртах-

Для обеспечения наибольшей и постоянной силы тяги в зоне разгона (скорости 0 - Оном) потребуется наибольший фазный ток (/_х),

Рис. 1.2. Характерные кривые мощности и силы тяги для электропоездов метрополитена также неизменный по значению. Эти соображения при заданном характере изменения мощности вполне определяют токовые нагрузки тяговых двигателей для рассмотренного ЭПС. Они приведены на рис. 1.3, а и б в качестве примера для грузового электровоза и магистрального скоростного электропоезда.

Рис. 1.3. Кривые фазных напряжений н токов для грузового электровоза (а) н магистрального скоростного электропоезда (б) (?)-фазная ЭДС обмотки статора)

Естественно, что и кривые, приведенные на рис. 1.3, а и б, лишь приблизительно отражают истинные токовые нагрузки, которые уточняются для конкретного типа ЭПС.