Изменение схемы соединения ТЭД

4.3. Изменение схемы соединения ТЭД

Рассмотрим схемы переключения соединения тяговых электродвигателей электровозов постоянного тока. Допустим, что локомотив имеет 6 тяговых электродвигателей.

При последовательном (сериесном) соединении всех электродвигателей на каждый электродвигатель приходится UГ/6, ток каждого электродвигателя равен току источника (тягового генератора).

При создании двух параллельных групп по три электродвигателя напряжение на них увеличивается вдвое, но ток источника также возрастает в 2 раза. При трех параллельных цепях имеет место дальнейшее увеличение напряжения на электродвигателях и тока источника.

Такие схемы соединений носят название последовательно – параллельных. Схема соединений носит название параллельной. Изменение приложенного к тяговому электродвигателю напряжения в результате переключения обеспечивает соответствующие условия для изменения частоты вращения его якоря.

Независимо от того, на каком локомотиве происходит переключение тяговых электродвигателей и какая схема перехода применяется, необходимо обеспечить ряд общих требований:
1. При переключении тяговых электродвигателей (переходе) не должна исчезать сила тяги локомотива – поезд должен находиться в растянутом состоянии. В противном случае, когда при переходе исчезает сила тяги, вагоны, имеющие меньшее, чем у локомотива, сопротивление движению, набегают на локомотив – поезд сжимается. По окончании перехода, когда сила тяги возрастает возникают дополнительные усилия в автосцепках вагонов, неблагоприятно сказывающиеся на их работе, а иногда и к обрыву автосцепок в поезде. Выполнение этого требования ставит жесткие условия к работе схемы при переходе с одного соединения тяговых электродвигателей на другое. В настоящее время применяют три способа перехода: коротким замыканием, замыканием части электродвигателей на сопротивление и по схеме моста.
На тепловозах в настоящее время управление тяговыми электродвигателями путем переключения схемы соединения не используется. На электроподвижном составе используют все три способа перехода.
2. При осуществлении перехода не должно возникать опасных для оборудования режимов как с точки зрения электрических, так и механических процессов.
3. Желательно не употреблять дополнительного оборудования, не использующегося в режимах тяги и торможения.

Процесс переключения тяговых электродвигателей с последовательного на последовательно-параллельное соединение методом короткого замыкания осуществляется следующим образом. При последовательном соединении, которое используется при трогании тепловоза и работе на низких скоростях, ток всех тяговых электродвигателей I … IV одинаков. Контактор последовательного соединения 3 замкнут. Контакторы последовательно-параллельного соединения 1 и 2 разомкнуты. Последовательно-параллельное соединение тяговых электродвигателей наступит при замыкании контакторов 1 и 2 и размыкании 3.

Переход с последовательного на последовательно-параллельное соединение тяговых электродвигателей обеспечивается схемой либо за счет последовательного включения контакторов, либо групповым переключателем.

Переход начинается со ввода в цепь тяговых электродвигателей дополнительного резистора R. Далее включение контактора 1 вызывает закорачивание электродвигателей I, II, однако включаются на тягу электродвигатели III, IV. В двигателях I, II за счет отставания изменения магнитного потока от тока возникает генераторный режим, вызывающий значительное динамическое воздействие в тяговой передаче (удар). Для уменьшения динамических воздействий на тяговую передачу применяют упругие зубчатые колеса. Далее отключается контактор 3. Электродвигатели III, IV остаются под током. Электродвигатели I, II обесточены. После включения контактора 2 – под током все электродвигатели, но тяга их меньше возможной, так как выключен резистор R. После этого плавно выводится резистор R – переход закончен. Время переключения схемы соединения тяговых электродвигателей продолжается 1,5 ... 3,5 с.

Процесс переключения тяговых электродвигателей с последовательно-параллельного на последовательное соединение осуществляется обратным порядком.

На электровозах с целью уменьшения толчка генераторного тока при коротком замыкании часто применяют переход с шунтированием двигателей сопротивлением. В качестве шунтирующих может быть использована часть пусковых сопротивлений или специальное сопротивление.

В исходном состоянии включены контакторы 2, 3, 4, 6 и 8. Тяговые электродвигатели соединены последовательно. На первом шаге переключения включается контактор 7, который шунтирует электродвигатель II резистором R3. Далее размыкаются контакторы 3, 4, 6, 8 и замыкаются контакторы 1, 5, 9, 10. В цепь тяговых электродвигателей включаются резисторы R1 и R2. На последнем этапе замыкается контактор 3 и размыкается контактор 1. Процесс переключения схемы соединения тяговых электродвигателей завершен.

Основной недостаток перехода коротким замыканием и шунтированием тяговых электродвигателей – значительное уменьшение силы тяги – может быть устранен при переходе по схеме моста, который получил наибольшее распространение на современных моторных вагонах; он применяется также на некоторых пассажирских электровозах.

Принципиальная схема перехода мостом всех секций сопротивления на последовательном соединении, в схеме мостового перехода параллельно каждому двигателю включаются равные по величине секции пускового сопротивления R1 и R2; обе цепи двигателей и сопротивлений при этом связаны уравнительным мостовым соединением (контактор 3 замкнут). При отключении контактора 3 разрывается цепь, в результате чего осуществляется переход на параллельное соединение с полностью введенными сопротивлениями в цепи каждого двигателя.

При мостовой схеме ток от токоприемника протекает по двум цепям: через двигатели и через сопротивления. Следовательно, по цепи через контакторы 3 и 4 протекает уравнительный ток.

В этом случае токораспределение в цепях такое же, как при параллельном соединении двигателей с включением каждого из них равных по величине пусковых сопротивлений. При соблюдении равенства параметров цепи контактор 3 размыкается без разрыва тока, и переход на первую реостатную ступень параллельного соединения происходит без изменения тока двигателей и силы тяги.

Переход мостом применен на электропоездах ЭР2, а также на всех отечественных моторных вагонах метрополитена. В последнее время этот способ перехода получил распространение также на пассажирских электровозах с двумя группировками тяговых двигателей, где он обеспечивает большую плавность пуска, чем переход шунтированием. В частности он используется на четырехосных электровозах ЧС1 и ЧС3.

На грузовых электровозах двойного питания ВЛ82 также применен переход мостом. Однако пусковые токи здесь могут существенно различаться в зависимости от веса поезда, в результате чего при неизменном пусковом сопротивлении переход будет сопровождаться существенными колебаниями силы тяги.