Тяга поездов: Учебное пособие. Часть 1, страница 23

Далее, при непосредственной связи коленчатого вала с движущи­ми колесными парами частота вращения дизеля зависела бы от скоро­сти движения тепловоза. Мощность дизеля, в свою очередь, зависит от частоты вращения коленчатого вала, поэтому снижение скорости при проходе подъема привело бы к снижению силы тяги по дизелю в то вре­мя, когда требуется ее увеличение для преодоления возросшего сопро­тивления движению.

Сила тяги по дизелю при заданных размерах и регулировании из­меняется незначительно от ре в функции скорости движения. Для дви­жения по площадке с равномерной скоростью иг потребовались бы та­кие размеры дизеля, которые обеспечивали бы потребную pel. Но для движения по подъему потребовался бы дизель, обеспечивающий ре2. Такой дизель не удовлетворял бы массогабаритным требованиям, а на легких элементах пути был бы избыточным по мощности.

Конечно, дизель может работать по нагрузочной характеристике, но при этом не обеспечивается необходимое регулирование скорости тепловоза, а по расходу топлива существенно отклоняется от экономи­ческой характеристики. Наконец, зависимость мощности дизеля от ме­теорологических условий и ступенчатое регулирование ее несколько снижают эффективность тяги по производительности и экономичности тепловозов.

55

3.3. СИЛА ТЯГИ ТЕПЛОВОЗА  ПО ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ  ПЕРЕДАЧЕ

Силой тяги по электрической передаче называют касательную силу тяги тепловоза, возникающую в резуль­тате преобразования электрической энергии, вырабатываемой тяговы­ми генераторами, в механическую работу движущих колес |14|. Ее можно определить из условия равенства мощности тяговых генерато­ров с учетом потерь в тяговом приводе:

.VK      z,.N,.»!:,     Ю-:' г,, Ч,./,.'!:,. (3.9)

и касательной мощности тепловоза

Л1'к     FK ",'3(ЮО- (3.10) Из равенства формул (3.9) и (3.10) найдем: и,. /Г                      ип I.,

/•'„     3 .(vr ———  1],     3.6 гг г.,.д -i-^ i|;,, (3.1!)

где гг, гтд — соответственно число тяговых генераторов и двигателей на тепло­возе; Ur, (Уд — напряжение соответственно тяговых генераторов и электродви­гателей, В; /г, /д — ток соответственно тяговых генераторов и электродвигате­лей, А; т)я — к. п. д. тяговых двигателей с учетом потерь в зубчатой передаче и моторно-осевых подшипниках.

Основными параметрами электрической передачи являются Ur и У,.. Входной величиной генератора является ток нагрузки /г, выход­ной регулируемой — напряжение Ur. Значение /,, определяет сопро­тивление движению поезда.

Графическая зависимость Ur (/,.) представляет характеристику тягового генератора, определяющую тяговую характеристику теплово­за.

С позиций тяги передача мощности и характеристика генератора должны удовлетворять следующим требованиям: использование пол­ной мощности дизеля во всем диапазоне скоростей движения; наилуч­шее использование силы сцепления колес с рельсами, особенно при тро-гании поезда с места и на подъемах; обеспечение работы дизеля в ре­жимах, оптимальных по расходу топлива; высокий к.п.д. передачи и надежность работы по нагреву обмоток и коммутации тока.

Для полного использования мощности дизеля в широком диапазоне изменения сопротивления движению поезда сила тяги должна изме­няться обратно пропорционально скорости, т. е. по закону гипербо­лы.

На вспомогательные нагрузки затрачивается, мощность Л'„.н, следовательно, от дизеля тяговой передаче передается мощность /V',,—-Л'и.н- Тогда номинальная мощность генератора определится так:

Л'гном     Ne ном Чг Ч, Р I3- l2) 56

В эксплуатации NR.n изменяется незначительно, поэтому мощ­ность, передаваемую генератору, считают с некоторым приближением постоянной при фиксированной позиции контроллера.

Внешней характеристикой генератора называют зависимость напряжения UT от тока нагрузки /г при фиксированной позиции контроллера.

С увеличением сопротивления движению поезда возрастает потреб­ляемый ток; ТЭД следовательно, ток генератора задается током на­грузки двигателей. Регулируемым параметром может быть только на­пряжение генератора, которое должно изменяться обратно пропорцио­нально току нагрузки. При этом гиперболический вид внешней харак­теристики обеспечивается автоматическим изменением магнитного по­тока тягового генератора.

Что же касается частичных характеристик, то это требование явля­ется не столь существенным как при расчетном решение, однако для нормализации сгорания топлива при переходных процессах желатель­но также поддерживать постоянной мощность дизеля на промежуточ­ных позициях контроллера,

Современные электрические передачи позволяют реализовать пре­дельную силу тяги по сцепной массе, достигнуть наибольшей скорости при любой заданной мощности дизеля и полностью использовать ее во всем диапазоне скоростей движения поездов. Однако такие предельные характеристики не могут обеспечить необходимой экономичности и про­изводительности в широком диапазоне внешних нагрузок. Поэтому ус­танавливают рациональные границы параметров и режимов работы, которые обусловливают ограничения по току, напряжению, нагрева­нию обмоток.

Ограничения силы тяги по электрической передаче определяются предельной внешней характеристикой генератора (а, б, в, г, д.

рис. 3.3) и возникают при работе генератора на режимах: продол­жительного тока (f/,,H, /гн), макси­мального тока (/rmax, UTmln) и максимального напряжения (f/rmax, /rmin)- Эти ограничения и состав­ляют предельную характеристику генератора, соответствующую наи­большей позиции контроллера.

Точка в на предельной внешней характеристике генератора соот­ветствует номинальному продол­жительному режиму работы. Огра­ничение по мощности дизеля соот­ветствует кривой б—в—г. При этом дизель работает в установившемся режиме, а регулирование при

колебании нагрузки производится автоматически изменением магнит­ного потока возбуждения генератора. У тепловозов последних вы­пусков на участке б—в—г происходит регулирование одновременно по

генератору и по дизелю.

Для первого положения рукоятки контроллера показан график /—2—3—4, соответствующий минимальной частоте вращения вала дизеля и минимальной мощности, необходимой для преодоления сопро­тивления движению самого тепловоза при маневрировании со скоро­стью до 10 км/ч.