Электрическая передача локомотива с полюсо-переключаемыми электрическими машинами (разработка МЭИ)

В технике известны отечественные и зарубежные электрические передачи переменного тока, с непосредственным подключением асинхронных тяговых двигателей к тяговому синхронному генератору без промежуточных преобразователей и устройств. Известны, например, электрические передачи переменного тока, запатентованные в Великобритании в период с 1965 по 1975 г.г., не содержащие промежуточных преобразователей между тяговым синхронным генератором и асинхронными тяговыми двигателями, в которых число пар полюсов 2р тяговых электрических машин изменялось ступенями. Известны также электрические передачи переменного тока, разработанные во ВНИИЖТе и МЭИ.

В общем случае в полюсо-переключаемой электрической передаче переключение полюсов может быть осуществлено как посредством коммутации силовой цепи, связывающей обмотки статоров тягового синхронного генератора и асинхронных тяговых двигателей, так и без такой коммутации. В этом случае осуществляется только переключение секций обмотки возбуждения тягового синхронного генератора. Коммутация только цепи возбуждения тягового синхронного генератора позволяет избежать разрыва силовой цепи и благодаря этому сохранить на время переключения на некотором уровне значение касательной силы тяги. Кроме того, это требует значительно меньшего объема коммутирующей аппаратуры, ввиду того, что мощность в цепи возбуждения составляет обычно несколько процентов от мощности, передаваемой по статорной цепи.

Сила тяги F_к и скорость движения V локомотива могут быть определены из следующих соотношений

F_к = (4.1)

V = (4.2)

где М_д – вращающий момент на валу дизеля,

ω_д – скорость вращения вала дизеля,

р_г – число пар полюсов статорной обмотки тягового синхронного генератора,

р_ад – число пар полюсов статорной обмотки асинхронного тягового двигателя,

D_дк – диаметр движущих колес,

μ_р – передаточное отношение тягового редуктора,

η_эп – КПД электрической передачи,

η_р – КПД тягового редуктора.

Принципиальная схема электрической передачи с переключением в цепи возбуждения тягового синхронного генератора (разработка МЭИ) приведена на рис. 4.1. Вал тягового синхронного генератора 1 приводится во вращение от вала дизеля 2. Асинхронные тяговые двигатели 3 подключены тяговому синхронному генератору через реверс-отключатели 4. Параллельно цепи питания асинхронных тяговых двигателей в режиме электрического торможения подключается блок тормозных резисторов 5. Обмотка возбуждения тягового синхронного генератора имеет ряд секций, концы которых выведены на контактные кольца. Секции подключены к блоку переключения полюсов 6, имеющему блок управления переключением 7. Автоматическая система управления электрической передачей 8 воздействует на регулятор тока в обмотке возбуждения 9. Отличительная особенность силовой схемы, разработанной в МЭИ состоит в том, что каждый из m-фазных асинхронных тяговых двигателей через реверс-отключатель подключен независимо от других двигателей к отдельной обмотке тягового синхронного генератора, имеющего на статоре несколько m-фазных обмоток, взаимно смещенных по окружности расточки статора на Bz₁/Cma = α₁ пазов (где z₁ – общее число пазов статора тягового синхронного генератора; a – число обмоток статора, равное или в целое число раз меньшее числа асинхронных тяговых двигателей; C – целое число, определяющее период повторения схемы обмотки статора по его окружности, B = 1, 2, 3, … - целое число, определяющее взаимный фазовый сдвиг ЭДС обмоток статора). Обычно С равно наибольшему общему делителю для переключаемых чисел пар полюсов тягового синхронного генератора и редко превосходит значения 1 или 2.

Фаза каждой обмотки статора смещена относительно соседней фазы этой же обмотки по окружности расточки на z₁/Cm = α₂ пазов и состоит из нескольких секционных групп, взаимно смещенных по окружности расточки статора на одно и то же число пазов. Смещение секционных групп подчинено условию получения наибольших значений обмоточных коэффициентов для всех рабочих чисел полюсов тягового синхронного генератора и удовлетворительного гармонического спектра намагничивающей силы обмотки статора. Каждая секционная группа обмотки статора состоит из q размещенных в соседних пазах секций, причем q = z₁/Cmak, где k – число секционных групп в фазе.