Тяговые характеристики электровозов переменного тока

Электрическая тяга на переменном токе является наиболее перспективной. Основное преимущество – это значительно меньшее сечение контактной сети и наибольшее расстояние (примерно в 2 раза) между тяговыми подстанциями. Это следствие более высокого напряжения в контактной сети: = 25000 В.

Дополнительные устройства по сравнению с электровозами постоянного тока:

- трансформатор для понижения напряжения;

- выпрямитель для преобразования переменного тока в пульсирующий.

Вторичная обмотка трансформатора электровоза переменного тока секционирована, поэтому с нее можно снимать разное напряжение в широких пределах. Тяговые электродвигатели соединены в последовательно-параллельную схему. Скорость регулируется с помощью контроллера путем изменения напряжения, т.е. числом включенных витков вторичной обмотки, и регулированием магнитного потока.

Тяговые характеристики тепловозов

На всех современных магистральных тепловозах система передачи электрическая. Она состоит из генератора постоянного тока, соединенного с валом дизеля и тяговых электродвигателей постоянного тока последовательного возбуждения.

Сила тяги тепловоза зависит от мощности дизеля, которая определяется его параметрами:

- числом цилиндров;

- диаметром цилиндров.

При определенных параметрах мощность тепловоза определяется количеством дизельного топлива, подаваемого в цилиндры. Подача топлива регулируется контроллером. Обычно ступеней регулирования – 15. Основная для поездной работы – 15-я, при которой подается наибольшее количество топлива, развивается максимальная скорость и реализуется максимальная мощность.

Мощность, , реализуемая на ободе ведущих колес, определяется по формуле:

,	(2.13)
где		‑	коэффициент, учитывающий потерю мощности для нужд тепловоза;
		‑	КПД дизель-генераторной установки;
		‑	КПД двигателя;
		‑	КПД зубчатой передачи.

Тяговые электродвигатели тепловозов имеют также три ступени регулирования возбуждения – ПП, ОП1 и ОП2. Регулирование возбуждения в тепловозах происходит автоматически.

Силы сопротивления движению

3.1 Виды сил сопротивления

Для того чтобы упростить учет многочисленных факторов, от которых зависит сопротивление движению, принято делить сопротивление движению на две части:

- основное ( );

- дополнительное ( ).

Общее сопротивление, , определяется по формуле:

, (или ).

(3.1)

Основное сопротивление движению обусловлено:

- сопротивлением воздушной среды;

- трением в подшипниках;

- трением качения;

- ударами в стыках (на звеньевом пути).

Дополнительное сопротивление движению возникает, если поезд следует по уклону ( ) или по кривой ( ).

Основное сопротивление всегда сопутствует движению поезда, а дополнительное сопротивление движению может появляться и исчезать в зависимости от плана и профиля.

В зависимости от того, на каком элементе продольного профиля и плана находится поезд, общее сопротивление составит:

- площадка и прямая: ;

- уклон и прямая: ;

- площадка и кривая: ;

- уклон и кривая: .

3.2 Основное сопротивление движению

Основное сопротивление определяется для каждого типа подвижного состава опытным путем.

Для определения основного сопротивления движению вагонов, , проводят опытные поездки на прямом и горизонтальном участке пути, чтобы исключить влияние уклонов и кривых. Необходимо, чтобы во время испытаний не было сильных ветров и низких температур воздуха.

Основное сопротивление движению пропорционально первой и второй степеням скорости движения, , и обратно пропорционально массе, приходящейся на одну ось вагона . Кроме того существует постоянная часть, не зависящая ни от , ни от .

Структура формул:

- для вагонов:

;

(3.2)

- для локомотивов:

,	(3.3)
где	a, b, c, d	‑	коэффициент, учитывающий потерю мощности для нужд тепловоза.

В отличие от вагонного состава основное удельное сопротивление движению локомотивов зависит от режима движения (тяга ( ) или холостой ход ( )). При холостом ходе появляется еще один источник сопротивления – потери во вращающихся частях тяговых электродвигателей и механических зубчатых передач.

.

(3.4)

Реальный поезд состоит из вагонов разных типов, имеющих различное сопротивление движению.

В общем виде основное удельное сопротивление движению вагонного состава определяется по формуле:

,	(3.5)
где		‑	доля массы вагонов i-й категории.

Для поезда в целом с одним или несколькими локомотивами общей массой полное основное сопротивление движению определяется по формуле:

.

(3.6)

Удельное сопротивление движению поезда определяется по формуле:

,	(3.7)
где		‑	соответственно доля вагонов и локомотивов в массе поезда.

Если поезд следует в режиме холостого хода, то

.

(3.8)

Взвешивающие коэффициенты зависят от массы вагона брутто, , и удельного содержания этих вагонов по количеству, .

Масса брутто вагона i-й категории определяется по формуле:

,	(3.9)
где		‑	собственная масса вагонов (тара), т;
		‑	коэффициент полногрузности;
		‑	грузоподъемность вагона, т.

Доля массы вагонов данной категории в массе вагонного состава:

.

(3.10)

Формулы основного сопротивления справедливы при скоростях более 10 км/ч. При трогании поезда с места после стоянки из-за загустевания смазки возникает дополнительное сопротивление.

В момент трогания поезда с места основное удельное сопротивление поезда, , составляет:

,

(3.11)

где А = 142 для подшипников скольжения, А = 28 для роликовых подшипников.

Для районов с пониженными температурами воздуха необходимо учитывать повышение основного сопротивления, начиная с температур ниже ‑25 °С. С этой целью вводится коэффициент > 1, зависящий от скорости движения поезда и температуры (табл. 1 ПТР [2]).

Аналогично учитывается и повышение сопротивления при встречных и боковых ветрах. Коэффициент зависит от скорости ветра и скорости движения поезда. При скорости ветра более 12 м/с значения принимают по номограммам, приведенным в ПТР (рис. 2.1 – 2.7) [2], а при меньших скоростях ветра – по табл. 2 ПТР [2].

Коэффициенты и увеличивают основное сопротивление движению поезда.

Все перечисленные выше сопротивления относят к основным, хотя некоторые из них не всегда сопутствуют движению поезда.

3.3 Дополнительное сопротивление движению поезда