Режим ослабленного возбуждения тяговых двигателей. Индуктивные шунты

В главе 3 было сказано о способе регулирования частоты вращения тяговых двигателей при неизменном подводимом напряжении изменением магнитного потока возбуждения тяговых двигателей.

В двигателях с последовательным возбуждением, у которых ток якоря проходит и по обмотке возбуждения, можно только уменьшать магнитный поток, что принято называть ослаблением возбуждения^* двигателей. В этом случае при той же частоте вращения увеличивается ток якоря, а следовательно, и мощность, потребляемая из контактной сети. Ослабление возбуждения осуществляют двумя способами: отключением части витков обмотки возбуждения (рис. 40, а) и включением параллельно ей регулируемого резистора (рис. 40, б)^**.

^* (До введения в действие ГОСТ 19350-74 "Электрооборудование электрического подвижного состава. Термины и определения" употребляли термин "ослабление поля".)

^** (Термин "ослабление возбуждения (поля)" не отражает существа процесса. При отключении части витков или шунтировании обмотки возбуждения ток в якоре двигателя возрастет, иначе нарушится равенство (1) (см. с. 32), так как частота вращения n будет расти медленно из-за большой инерции поезда. Ток увеличится до такого значения, при котором магнитный поток Ф станет равным почти прежнему значению вследствие малости r. Поэтому фактически осуществляется не ослабление возбуждения, а увеличение тока якоря.)

Рис. 40. Схемы, поясняющие способы ослабления магнитного потока полюсов

Первый способ ввиду того, что усложняется конструкция тяговых двигателей, не нашел применения на электровозах. Для осуществления его необходимо вывести дополнительные провода от обмотки возбуждения и обязательно отключить от нее выключаемые витки, а не замкнуть их накоротко. Если этого не сделать, в замкнутых ветках при изменении тока будет наводиться э. д. с., препятствующая изменениям основного тока возбуждения. Поэтому включая контактор 2, отключают контактор 1.

В тяговых двигателях электровозов применяют включение резистора параллельно обмотке возбуждения. При этом сравнительно просто получить несколько ступеней ослабленного возбуждения, изменяя сопротивление шунтирующего резистора, для чего его разбивают на несколько секций. Включение и выключение секций таких резисторов, как и пусковых, осуществляют с помощью индивидуальных контакторов. При включении контактора 1 (см. рис. 40, б) параллельно обмотке возбуждения в цепь вводится полностью весь резистор. Замкнув контактор 2, а затем при необходимости контактор 3, ступенями уменьшают сопротивление резистора.

На отечественных электровозах применяют от двух до четырех ступеней ослабленного возбуждения. Ослабление возбуждения машинист может использовать при последовательном, последовательно-параллельном и параллельном соединениях двигателей. Таким образом, если применяется четыре ступени ослабления возбуждения, то электровоз имеет 15 ходовых позиций.

Для каждой ходовой позиции строится своя тяговая характеристика. На рис. 41 показаны в качестве примера тяговые характеристики электровоза ВЛ10, соответствующие 15 экономическим скоростям при напряжении в контактной сети 3000 В.

Рис. 41. Тяговые характеристики электровоза ВЛ10

Развиваемые силы тяги электровоза для соединений С и СП ограничиваются сцеплением колес с рельсами, для соединений П - током (600 А), при котором нарушается нормальная коммутация двигателей. Проектируя и изготовляя локомотив, оговаривают так называемую конструкционную скорость, которую может развить электровоз без угрозы нарушения его нормальной работы. Для электровоза ВЛ10 конструкционная скорость установлена 100 км/ч. Поэтому на тяговых характеристиках электровоза нанесено ограничение по скорости 100 км/ч при соединении П.

Как видно из рис. 40, б, последовательно с резистором включен так называемый индуктивный шунт ИШ. Необходимость его применения вызывается следующим. Кратковременно контактная сеть может отключаться от тяговой подстанции или токоприемник отрываться от контактного провода, после чего тяговые двигатели вновь включаются на полное напряжение. Ток в якорях двигателей при этом резко нарастает, но так как обмотки возбуждения двигателей обладают большим индуктивным сопротивлением, то большая часть тока идет через резистор, а меньшая - через обмотки возбуждения. Поэтому э. д. с. в обмотке якоря будет возрастать замедленно и большой ток, проходя по катушкам дополнительных полюсов, насытит их магнитную систему. Вследствие этого реактивная э. д. с. в коммутируемых секциях якоря окажется некомпенсированной. Кроме того, действием реакции якоря будет в сильной степени искажено магнитное поле возбуждения. В результате этого возникнет искрение под щетками, которое может перейти в круговой огонь.

Чтобы обеспечить заданное распределение тока между обмотками возбуждения и резисторами, применяют индуктивные шунты, обладающие соответствующим индуктивным сопротивлением, соизмеримым с индуктивным сопротивлением обмотки возбуждения.