ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПЕРЕДАЧЕ.

Назначение передачи.Тепловоз, у которого коленчатый вал дизеля непосредственно соединен с осями движущих колесных пар практичес­ки неработоспособен. Это объясняется тем, что давать нагрузку на дизель можно только при частоте вращения коленчатого вала, равной примерно 1/3 номинального ее значения; мощность дизеля увеличи­вается при увеличении частоты вращения коленчатого вала, конструкция дизеля не допускает больших перегрузок.

Тяговая характе­ристика (зависимость развиваемой силы тяги от скорости) такого тепловоза — линия 1 не обеспечивает трогание и разгон поезда. Идеальная тяговая характеристика тепловоза должна иметь зависимость в виде гиперболы (кривая 2), при которой обеспечивается изменение силы тяги обратно пропор­ционально скорости движения. Для получения характеристики, соответствующей наиболее эффективной работе тепловоза, необхо­димо устанавливать комплекс устройств, предназначенных для передачи мощности от коленчатого вала дизеля к осям движущих колесных пар, называемый передачей мощности. Передача мощ­ности преобразует вращающий момент и частоту вращения вала силовой установки в изменяющиеся по заданному закону вращающий момент и частоту вращения осей колесных пар.

На тепловозах применяются три типа передач мощности: электрическая, гидравлическая и механическая. Наибольшее распространение получила электрическая передача, которая по многим показателям наиболее эффективна.

Требования, предъявляемые к передаче мощности.Передача тепловоза должна обеспечивать:

1)Наибольшую силу тяги в момент трогания и разгона поезда,

2)Использование полной мощности дизеля во всем диапа­зоне скоростей движения локомотива (т. е. режим дизеля может сохраняться неизменным при различных условиях движения поезда);

3) Неизменную мощность дизеля, сила тяги должна автомати­чески изменяться обратно пропорционально скорости, т.е. иметь гиперболический вид, (при увеличении силы тяги, например, в два раза скорость тепловоза должна уменьшаться также в два раза, и наоборот).

4) Возможность регулирования скорости движения.

5)Изменение направления движения тепловоза при постоянном направлении вра­щения вала дизеля.

6) Пуск дизеля и работу его на холостом ходу;

Передача мощности должна обладать высокой надежностью и долговечностью, наименьшими размерами, массой и стоимостью, высоким к. п. д. на всех режимах работы, минимальными затратами на обслуживание и ремонт.

        Особенностью электрической передачи является    независимость силы тяги тепловоза от вращающего момента и мощности дизеля, т. е. можно получить большую силу тяги при малой мощности дизеля и малую силу тяги при его большой мощности.

Сила тяги у тепловоза с электрической передачей (при данной мощности дизеля) ограничивается нагреванием тяговых электричес­ких машин, которые допускают большую кратковременную пере­грузку (генераторы — в 1,5 раза, а электродвигатели — в 2 раза). Перегрузку используют во время трогания поезда и преодоления крутых подъемов небольшой длины.

Дизель-генераторный агрегат и тяговые электродвигатели тепло­воза конструктивно между собой не связаны, что дает возможность создать наиболее простую систему передачи энергии на движущие колеса. Электрическая передача обеспечивает сочлененную работу нескольких секций (по системе многих единиц), управляемых с одного поста.

Тепловозы с этим видом передачи имеют сравнительно высокий к. п. д. на ободе колес (28— 30%), тяговую характеристику, приближающуюся к идеальной, плавное трогание с места, просты и надежны в управлении.

На тепловозах применяют электрические передачи мощности постоянного тока (тепловозы ЧМЭ3 и ТЭ10), переменно-постоянного (тепловозы ТЭМ7 ТЭ116) и переменного тока (вновь проектируемые тепловозы). Коэффициент полезного действия электрической передачи при продолжительном режиме 84—86 %.

Сила тяги, созда­ваемая тяговыми электродвигателями, увеличивается при возраста­нии сопротивления движению и уменьшении скорости и, наоборот, уменьшается при падении сопротивления движению и увеличении скорости. На тепловозах с электрической передачей постоянного тока применяют электрический пуск дизеля. Для этого на главных полю­сах тяговых генераторов укладывают, кроме обмотки независимого возбуждения, пусковую обмотку, получающую питание от аккумуля­торной батареи только во время пуска дизеля. При пуске тяговый генератор работает в режиме двигателя с последовательным возбуждением и приводит во вращение коленчатый вал дизеля.

Создание более мощных тепловозов с электрической передачей постоянного тока вызывает много затруднений, главное из которых — неудовлетворительная коммутация тяговых генераторов постоянного тока. В связи с увеличением мощности тепловозов получает широкое распространение передача переменно-постоянного тока, которая по многим показателям наиболее эффективна. Вместо генератора постоян­ного тока устанавливается синхронный генератор и выпрямительная установка. Тяговые синхронные генераторы сокращают затраты меди и высоколегированной электротехнической стали, практически сни­мают ограничение по частоте вращения. Синхронные генераторы более надежны в работе и требуют меньшего ухода в эксплуатации из-за отсутствия щеточно-коллекторного аппарата.

При передаче переменно-постоянного тока(рис б) дизель вращает вал трехфазного синхронного генера­тора СГ, напряжение которого подводится к выпрямительной установке ВУ и после выпрямления к электродвигателям постоянного тока 1, 2. Применение тяговых электродвигателей постоянного тока обычного исполнения обусловливает низкий коэффициент пульсации напряжения и его высокую частоту. Для снижения пульсаций генератор имеет две обмотки статора, соединенные в звезду со сдвигом на 30° а выпрямительная установка выполне­на с двумя параллельными мостами. Такая схема уменьшает пульсацию напряжения в 2—3 раза и увеличивает примерно в 2 раза частоту.

В пе­редачах переменно-постоянного или переменного тока для пуска дизеля используют стартер-генераторы.

В электрической передаче переменного токаиспользуют в качестве тягового генератора синхронный генератор, а в качестве тяговых электродвигателей — асинхронные короткозамкнутые дви­гатели. Такие двигатели при одинаковых параметрах с двигателями постоянного тока имеют меньшие габаритные размеры, в 1,2— 1,4 раза легче, в 2—3 раза дешевле, практически не имеют ограни­чений по силе тяги и току и обладают большой надежностью в эксплуатации из-за отсутствия щеточно-коллекторного аппарата. Для условий тяги регулирование частоты вращения ротора асинхрон­ного короткозамкнутого двигателя может производиться измене­нием частоты тока, подводимого к двигателю, или числа пар полюсов (ступенчатое управление).

Переменное напряжение тягового синхронного генератора СГ подается на выпрямительную установку ВУ (рис в), выпрям­ленное напряжение подводится к тиристорному инвертору И, где оно преобразуется в переменный ток регулируемой частоты, которым питаются асинхронные двигатели А. Передача переменного тока обеспечивает более простой переход от режима тяги к электрическому торможению.