Системы управления цепями тепловых двигателей тепловозов

Требования к цепям управления и защиты. Электрический пуск двигателя. Управление регулятором теплового двигателя и тяговыми электродвигателями. Защита оборудования тепловоза. Схемы управления, специфические для теплоэлектрического подвижного состава.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

Размещено на

Контрольная работа

Системы управления цепями тепловых двигателей тепловозов



План

1. Требования к цепям управления и защиты

2. Электрический пуск теплового двигателя

3. Управление регулятором теплового двигателя

4. Управление тяговыми электродвигателями

5. Защита оборудования

Литература



1. Требования к цепям управления и защиты

В большинстве тепловозов, газотурбовозов, дизель-поездов и других видов теплоэлектрического подвижного состава предусматривается возможность соединения нескольких секций в одном поезде с управлением всеми секциями с любого из постов управления (система многих единиц). Это явилось одной из причин использования косвенного (дистанционного) управления аппаратами, переключающими электрические цепи, т. е. такого управления, когда на посту управления установлены контроллер машиниста и другие аппараты, служащие для дистанционного включения катушек аппаратов и электроприводов, под действием которых эти аппараты и приводы совершают необходимые операции. Защитные аппараты и устройства, срабатывающие при ненормальных или аварийных режимах, чаще всего воздействуют на катушки соответствующих аппаратов и приводов. В цепи этих катушек включаются контакты, согласующие взаимную последовательность работы аппаратов и приводов или защищающие их от неправильного включения или выключения (блок-контакты).

Операции, необходимые для приведения в движение или остановки поезда и для управления им во время движения, многочисленны и разнообразны, причем многие из них во избежание ненормальных режимов работы должны производиться в строго определенной последовательности и в некоторых случаях через определенные промежутки времени. Для того чтобы упростить управление, уменьшить количество приборов, за которыми необходимо следить при управлении, и снизить количество повреждений из-за ошибок в управлении, многие операции автоматизируют, чтобы оставить за минимальное количество наиболее простых операций.

Задачи, решаемые при автоматизации управления, можно условно разделить на две группы: 1) после некоторой операции машиниста (перемещение рукоятки, нажатие кнопки и т. п.) происходит автоматически включение и выключение ряда аппаратов и машин в определенной последовательности для осуществления выбранного машинистом режима работы и 2) при неизменном положении органов управления и изменении условий движения поезда и нагрузки тех или иных машин некоторые величины, характеризующие режим их работы, автоматически поддерживаются постоянными или изменяются по заданной программе. Схемы, решающие вторую группу задач, часто называются системами автоматического регулирования, некоторые из них рассмотрены выше. Узлы схем, решающие первую группу задач, вместе с органами управления и защиты и катушками приводов и аппаратов составляют схему управления.

Ниже рассмотрены основные узлы схем управления, специфические для теплоэлектрического подвижного состава. Узлы, общие для всех видов электрического подвижного состава, как управление реверсором, включение и выключение вспомогательного генератора и аккумуляторной батареи и т. д., подробно описаны в книгах по электрооборудованию электроподвижного состава, а для тепловозов - в книгах, посвященных описанию конкретных тепловозов.

2. Электрический пуск теплового двигателя

Размещено на

Размещено на

Для пуска дизеля необходимо привести во вращение коленчатый вал до некоторой угловой скорости, при которой происходит воспламенение топлива от сжатия воздуха в цилиндрах. Пуск дизеля может осуществляться сжатым воздухом, но для этого необходимо иметь достаточный запас его. На большинстве тепловозов применяется электрический пуск дизеля от аккумуляторной бата реи. При электрической передаче в качестве стартерного двигателя используется чаще всего тяговый генератор. При гидравлической, механической и других передачах для этой цели, как правило, используется специальный пусковой двигатель (стартер).

В большинстве случаев на главных полюсах тягового генератора предусматривается специальная пусковая об мотка П (рис. 10.1), не включаемая в цепь тяговых электродвигателей. Генератор присоединяется к аккумуляторной батарее двумя электромагнитными контакторами К1 и К2 и при этом обмотка П включается в цепь тока последовательно с якорем. Таким образом, тяговый генератор при пуске работает как электродвигатель последовательного возбуждения. Цепь обмотки не зависимого возбуждения при этом должна быть разомкнута. Тяговые электродвигатели при пуске дизеля должны быть отключены от аккумуляторной батареи, иначе возможен опасный для батареи толчок тока и, кроме того, тепловоз может сдвинуться с места преждевременно.

Размещено на

Размещено на

Последовательное возбуждение тягового генератора является наиболее рациональным, так как при большом начальном толчке тока магнитный поток быстро возрастает, крутящий момент М достигает высоких значений, что обеспечивает надежное преодоление начального момента сопротивления на валу дизеля и быстрое ускорение его. Начальный момент Мс сопротивления дизеля, не работавшего в течение некоторого времени, может быть значительно больше, чем при вращении вала, в связи с тем, что слой смазочного масла в подшипниках поршнях и т. п. может быть либо застывшим, либо недостаточным (рис. 10.2). Большое ускорение в начальный момент уменьшает толчок тока, так как прежде, чем ток достигает установившегося значения, в генераторе появляется противо-ЭДС, вследствие чего ток начинает снижаться.

По мере увеличения угловой скорости вала ток генератора снижается. При последовательном возбуждении генератора это вызывает автоматическое уменьшение магнитного потока, что также необходимо для повышения угловой скорости.

Как известно, электродвигатель последовательного возбуждения не может без реверсирования одной из обмоток перейти на генераторный режим, как бы ни увеличивалась его скорость. Это очень важно при пуске дизеля, так как после воспламенения топлива в цилиндрах скорость вала дизеля быстро увеличивается в 2…3 раза по сравнению со скоростью, при которой начинается воспламенение. Автоматический переход на генераторный режим может вызвать опасный толчок зарядного тока батареи.

Поэтому, несмотря на усложнение конструкции генератора вследствие добавления пусковой обмотки, эта схема пуска является наиболее распространенной. Пусковая обмотка имеет мало витков и вследствие кратковременного режима (пуск занимает несколько секунд) выполняется с относительно малым сечением, так что занимает лишь малую часть обмоточного пространства.

Момент сопротивления дизеля при воспламенении топлива относительно вала зависит от угловой скорости и существенно от температуры самого дизеля, смазочного масла, топлива, воды и т. п. Он приблизительно равен М_С= (0, 15--0,35)М_{м ном}.

Более высокие значения момента сопротивления относятся к низким температурам.

Скорость, при которой происходит воспламенение топлива цилиндрах, также определяется состоянием дизеля, но в меньшей степени: п_д= (0,1…0,15) п_{д ном}

Как видно из приведенных данных, мощность при пуске составляет малую долю номинальной мощности тягового генератора. для аккумуляторной батареи пуск является весьма тяжелым режимом работы главным образом по току (рис. 10.2). После подключения аккумуляторной батареи ток быстро вырастает до I_{г макс}, затем, по мере увеличения угловой скорости и противо-ЭДС генератора, падает. Более быстрое изменение угловой скорости происходит после воспламенения топлива в одном из цилиндров. Ток I_г1 начала воспламенения приблизительно соответствует требуемому моменту сопротивления М_С0 Количество витков пусковой обмотки должно быть выбрано так, чтобы угловая скорость дизель-генератора при моменте, полученном при неблагоприятных условиях пуска., соответствовала неравенству

,

где R_г - сопротивление цепи якоря генератора, включая. сопротивление пусковой обмотки и проводов между генератором и батареей; U_щ - падение напряжения на щетках; Е_г - определяется по нагрузочной характеристике генератора для тока I_г1.

Так как магнитная цепь генератора при пуске обычно мало насыщена, величина Е_г приблизительно пропорциональна току и количеству витков пусковой обмотки.

Аккумуляторная батарея должна быть также проверена по наибольшему току I_{г макс}. Вследствие падения напряжения батареи и большого ускорения дизель-генератора максимальный ток существенно меньше расчетной величины, получаемой при делении на напряжения батареи на сумму сопротивлений цепи, и его определение расчетными путём затруднительно. По опытным данным пуска различных дизелей I_{г макс}?(2,5…3)I_г0?1500…2000 А.

Тяжелые условия работы аккумуляторной батареи заставляют выбирать ее не по емкости, большая величина которой не требуется и по пуску (при пуске расходуется 2--5 А•ч), ни по вспомогательным нагрузкам, а по допустимому толчку тока. На тепловозах устанавливаются кислотные или щелочные аккумуляторные батареи и с напряжением 60…64 в и емкостью 450 А•ч.

Пуск газотурбинной установки. Пуск газотурбинной установки требует большей мощности и является более продолжительным, чем пуск дизеля. Момент сопротивления компрессора составляет...