Пуск тяговых двигателей в ходовом режиме

Сопротивление обмотки якоря и полюсов тягового двигателя ДК-117 составляет около 0,0691 Ом. Если соединить последовательно четыре тяговых двигателя и включить их в сеть с напряжением 750В, то по обмоткам неподвижных двигателей пройдет ток:

I=750 ⁄ 4 × 0,0691 = 2371А

При таком токе вращающий момент будет очень велик, что вызовет разрушение частей самого двигателя, зубчатой передачи. Кроме того, обмотки двигателя при таком токе быстро нагреются и сгорят. Поэтому для ограничения величины тока при пуске последовательно в цепь двигателей вводится дополнительно резистор сопротивлением 4,176 Ом, которое значительно увеличивает сопротивление цепи и ограничивает ток до величины, при которой первоначально допустимая по плавности пуска ускорение 0,3 м/с² будет обеспечено. Ток при этом будет равен:

I =U ⁄ R+4r =750 ⁄ 4,176+4×0,0691=168А

При повороте вала переключателя положений до позиции ПП контактор ЛК2 должен размыкаться, одновременно отключая ток (I_пер-I_сер). Образуются две параллельные группы двигателей с введенными пусковыми резисторами. (рис.120 в)

При последующем наборе позиций контакторами РК производится закорачивание секций пусковых резисторов в обеих группах двигателей до выхода на автоматическую характеристику двигателей.

Изменение направления вращения двигателей

Чтобы изменить направление движения вагона, необходимо изменить направление тока в обмотках главных полюсов или в обмотках якорей тяговых двигателей. При этом изменится взаимодействие между током, протекающим по проводникам обмотки якоря и магнитным потоком главных полюсов, в результате якорь двигателя будет вращаться в другую сторону, т.е. изменится направление движения вагона. На вагонах 81-717.5М, 81-714.5М изменяется направление тока в обмотках возбуждения тяговых двигателей. Изменение направления вращения якоря двигателя называется реверсированием.

Необходимо отметить, что реверсирование обмотки возбуждения является более предпочтительным, так как создает предельный режим для контакторов КЭ-47 реверсора и на вагонах типов А, Б, Г, Д всегда использовалось реверсирование обмотки возбуждения. На вагонах типа Е, Еж, где была смонтирована подмагничивающая обмотка, которая всегда должна действовать с основной обмоткой, ввели реверсирование обмотки якоря. На последующих вагонах Еж3, Ем508Т, 81-717(714) подмагничивающей обмотки в двигателях не стало, но реверсирование обмотки якоря осталось. В результате временами стали появляться негативные стороны реверсирования обмотки якоря. При торможении вагонов моделей Еж3, Ем508Т, 81-717(714) для работы с устройствами АРС в условиях установленных длин рельсовых цепей, тормозную мощность двигателей стали форсировать путем увеличения напряжения на одном двигателе до 500-600В на вагонах Еж3 и Ем508Т, и 500-750В на вагонах 81-717(714).

При последовательном соединении двух двигателей, в каждой цепи тормозного контура, напряжение между контактами реверсора может достигать 1200В на вагонах Еж3 и Ем508Т, и 1500В на вагонах 81-717(714). Так как раствор контактов контактора КЭ-47, устанавливаемого в реверсоре, был выбран исходя из расчетного напряжения 750В, в ряде случаев между контактами может происходить перекрытие дуги, а следовательно и ударное воздействие, которое приводит к разным последствиям, включая изгиб кронштейнов подвески редуктора.

На вагонах метро 81-717.5М, 81-714.5М вновь восстановили традиционную систему реверсирования обмотки возбуждения.

Электрическое реостатное торможение

При реостатном торможении двигатели работают как генераторы с последовательным возбуждением и включаются на тормозные резисторы. В резисторах, полученная во время торможения электрическая энергия, превращается в тепловую энергию.

В начальный момент торможения двигатель начинает работать как генератор за счет остаточного магнитного потока, поэтому при переходе в генераторный режим изменяется направление тока в проводниках обмотки якоря по сравнению с направлением тока якоря в тяговом режиме (ЭДС сохранит свое направление). Этот ток создает электромагнитный момент, который будет направлен против направления вращения якоря, и будет являться тормозным моментом, стремящимся замедлить вращение якоря. Направление тока в обмотках возбуждения не меняется.

Параллельно включенные генераторы с последовательным возбуждением не дают устойчивого режима работы, поэтому при электрическом торможении применяют схему с перекрещиванием обмоток возбуждения, что дает устойчивую работу машин. На вагонах метро электрическая схема торможения с перекрещиванием обмоток представляет собой «циклическую» схему.

По этой схеме ток якорей первой группы генераторов протекает последовательно через обмотки возбуждения второй группы генераторов, а ток якорей второй группы генераторов протекает последовательно через обмотки возбуждения первой группы генераторов.

Если по каким-либо причинам возрастает напряжение на первой группе якорей, то эти якоря в первый момент создают в цепи больший ток, но поскольку путь тока лежит через обмотки возбуждения второй группы генераторов, то увеличение протекающего тока повлечет за собой увеличение напряжения на якорях второй группы генераторов. Таким образом, получится автоматическое выравнивание напряжений на зажимах групп генераторов.

Рис. Упрощенная схема соединения групп двигателей при реостатном торможении

Однако, «циклическая» схема торможения при необходимости выравнивания режимов работы двигателей вагона дает это корректно в зоне ±4%, установленным условием работы и разбросом характеристик двигателей.

Время показало, что в указанной зоне схема работает надежно. Утяжеление нагрузочных режимов вагонов, с оборудованием вагонов АРС, эксплуатация вагонов на линиях, имеющих открытые участки, показали и негативные стороны «циклической» схемы торможения.

Если в процессе электрического торможения по разным причинам (нарушение сцепления колесных пар, заклинивание двигателя, редуктора) произойдет падение ЭДС на одном из двигателей, то баланс в генераторном контуре 750+750=750+750 будет нарушен и в генераторном контуре возникнет ток большой величины до 1875А, определяемый как:

Этот ток мгновенно протекает по генераторному контуру, не может уравновесить обе группы двигателей и ввести их в одинаковый режим работы, травмируя двигатели и аппараты. При этом защита часто не срабатывает.

Такие случаи бывают достаточно регулярно, и обеспечивать их профилактику трудно. На вагонах метро 81-717.5М, 81-714.5М в каждое плечо цепи тормозного контура установили диоды, и указанное явление исчезло.

Построение силовой схемы ходового режима

Маневровое соединение групп двигателей

Перед сбором схемы необходимо: включить аккумуляторную батарею, включить ГВ, подать на вагон высокое напряжение, проверить давление воздуха в напорной и тормозной магистралях, отсутствие воздуха в тормозных цилиндрах (при стационарной проверке вагона ГВ должно быть отключено), а также проверить работу тормозов.

Установить реверсивный вал КВ в положение «Вперед» и реверсор повернется в заданное направление движения. Затем главную рукоятку КВ перевести в положение «Ход-1».

Рис. Силовая схема вагонов серии 81-717.5М

Произойдет сбор схемы ходового режима в следующей последовательности:

-включается контактор ЛК-2, соединяя группы двигателей в последовательную цепь;

-включаются контакторы КШ-1 и КШ-2, подготавливая ослабление магнитного поля двигателей до 28%, подключая параллельно обмоткам возбуждения двигателей индуктивный шунт и резистор ослабления поля;

-после включения контакторов КШ-1 и КШ-2 получает питание катушка ПМ и аппарат ПМТ переключает группы двигателей из тормозного положения на моторное; замыкаются контакторы ПМ-1, ПМ-2, ПМ-3;

-после перехода переключателя ПМТ в положение ПМ включаются контакторы ЛК-1, ЛК-5, подключая двигатели к токоприемникам и контакторы ЛК-3, ЛК-4, замыкая цепи первой и второй групп двигателей;

-переключатель ППС находится в положении ПС;

-реостатный контроллер – на первой позиции, замкнуты его кулачковые элементы РК3, РК4, РК21-РК26.

На этом сбор схемы заканчивается. Двигатели соединены последовательно с полностью введенными пусковыми резисторами величиной 4,176 Ом.

Для контроля над сбором схемы необходимо пользоваться таблицей замыкания силовых контактов переключателей положений и индивидуальных контакторов, изображенной в табл.20.

Цепь тока на первой позиции РК: ТР, КС1, П, ГВ, ВА, ЛК1, РП1-3, ДР1, ДР2, ЛК3, Я1, Я3, точка Я3 две параллельные цепи:

1).ВП, обмотки возбуждения первого и третьего двигателей, ВП, точка Л6;

2).КШ1, ИШ1-3, резистор Р28-Р29, РК25, точка Л6.

Далее- РУТ, диод, ПМ3, РК3, резистор Р3-Р13, ЛК2, резистор Р23-Р17, РК4, РП2-4, Я2, шунт амперметра, Я4, ДР2, ДР1, ЛК4, ПМ1, РУТ, точка Л16 две параллельные цепи:

1).ВП, обмотки возбуждения четвертого и второго двигателей, ВП, точка Л18;

2).КШ2, ИШ2-4, РК26, резистор Р35, точка Л18.

Далее – диод, ПМ2, КС2, ЗУМ, «земля».

Таблица номинальных значений пуско-тормозных резисторов по позициям РК

Таблица 19

В начале пуска величина тока в силовой цепи при напряжении 750 В составит 168 А. Благодаря маленькому пусковому току, глубокому ослаблению поля до 28% и силе тяги в 110 КГС на один двигатель вагон плавно трогается с места.

Во избежание перегрева пусковых резисторов не рекомендуется следовать на маневровом соединении более 5 мин.

По мере набора скорости увеличивается противо-ЭДС, наводимая в обмотках якорей, что приводит к уменьшению тока в силовой цепи и тягового усилия.

Последовательно-параллельное соединение групп двигателей

Соответствует положению главной рукоятки КВ-«Ход-2». Начинает вращаться реостатный контроллер РК с 1-ой по 18-ую позиции, а после переключения групп двигателей на параллельное соединение реостатный контроллер вращается в обратном направлении с 18-ой (19) по 5-ую (32) позиции.

В дальнейшем все изменения в схеме происходят при вращении РК.

При переходе РК на 2-ую позицию отключаются контакторы КШ1, КШ2 и магнитное поле двигателей усиливается до 100%. Сила тяги на каждом двигателе возрастает в 4 раза, а ускорение увеличивается с 0,3 м/с² до 1,2 м/с² с темпом изменения 0,6 м/с³.

Начиная с 3-й по 14-ю позиции, происходит вывод пусковых резисторов из цепи двигателей.

С 15-ой по 18-ую позиции все сопротивления выведены, и тяговые двигатели начинают работать на безреостатной характеристике при 100 % поле. На 17-й (18-ой) позиции РК останавливается.

Цепь тока на 17-ой-18-ой позиции РК:

ТР, КС1, П, ГВ, ВА, ЛК1, РП1-3, ДР1, ДР2, ЛК3, Я1, Я3, ВП, обмотки возбуждения 1-го и 3-го двигателей, ВП, РУТ, диод, ПМ3, РК13, РК19, ЛК2, РК14, РП2-4, Я2, шунт амперметра, Я4, ДР2, ДР1, ЛК4, ПМ1, РУТ, ВП, обмотки возбуждения 4-го и 2-го двигателей, ВП, диод, ПМ2, КС2, ЗУМ, «земля».

В положении главной рукоятки КВ «Ход-2» при порожнем вагоне РК вращается хронометрически без задержки на позициях, так как ток в силовой цепи не достигает величины большей уставки РУТ. Только в случае пуска при максимальной нагрузке на предельном подъеме вращение РК будет контролировать РУТ. Уставка РУТ возрастет с 310-340 А до 425 А.

Скорость выхода груженого вагона на автоматическую характеристику полного поля ТЭД (16-18-я позиции РК) составляет 8,5 км/ч.

На 16-ой позиции РК получает питание катушка ПП переключателя ППС и аппарат переключает группы двигателей с последовательного соединения на параллельное по «мостовой» схеме. В момент перехода сначала замыкаются силовые контакторы ПП2 и ПП3, а затем размыкается контактор ЛК2 (при переходе переключателя ППС из положения ПС в ПП, РК дойдет до 17-ой (18) позиции и остановится).

В результате образуются две параллельные группы двигателей и в каждую группу двигателей для ограничения тока после перехода аппарата ППС из ПС в ПП, вводится резистор. В первую группу двигателей резистор Р9-Р3 величиной 0,909 Ом, а во вторую группу двигателей резистор Р17-Р23 величиной 0,909 Ом.

Таким образом, 17-я(18) позиция РК без его вращения стала 20-ой(19). Цепь тока на 20-ой (19) позиции РК (см. рис. 126):

ТР, КС1, П, ГВ, ВА, две параллельные цепи:

1) ЛК1, РП1-3, ДР1, ДР2, ЛК3, Я1, Я3, ВП, обмотки возбуждения 1-го и 3-го двигателей, ВП, РУТ, диод, ПМ3, РК13, резистор Р9-Р3, ПП2, КС2, ЗУМ, «земля».

2) ЛК5, ПП3, резистор Р17-Р23, РК14, РП2-4, Я2, шунт амперметра, Я4, ДР2, ДР1, ЛК4, ПМ1, РУТ, ВП, обмотки возбуждения 4-го и 2-го двигателей, диод, ПМ2, КС2, ЗУМ, «земля».

После переключения переключателя ППС в положение ПП реостатный контроллер начинает вращаться в обратном направлении с 17 (20) позиции по 5 (32) позицию, что приводит к замыканию его кулачковых элементов в обратной последовательности. На 17 (20) и 16 (21) позициях вывод резисторов не происходит и сопротивление в цепи групп двигателей не изменяется. Эти позиции выполнены для смягчения броска тока при переходе из ПС в ПП. Начиная с 15 (22) позиции по 7 (30) позиции происходит вывод пусковых резисторов из цепи двигателей под контролем РУТ. Выведение секций резисторов из цепей групп двигателей происходит поочередно, что способствует смягчению толчков тягового усилия при переходе с позиции на позицию.

На 5 (32) позиции РК останавливается. Все резисторы выведены. Эта позиция является автоматической характеристикой при последовательно – параллельном соединении групп двигателей и 100% поле. Этой позицией целесообразно пользоваться при движении на затяжных подъемах.

Цепь тока на 5 (32) позиции:

ТР, КС1, П, ГВ, ВА, две параллельные цепи:

ЛК1, РП1-3, ДР1, ДР2, ЛК3, Я1,Я3,ВП, обмотки возбуждения 1-го и 3-го двигателей, ВП, РУТ, диод, ПМ3, РК3, ПП2, КС2, ЗУМ, «земля».

ЛК5, ПП3, РК4, ПР2-4, Я2, шунт амперметра, Я4, ДР2, ДР1, ЛК4,ПМ1, РУТ, ВП, обмотки возбуждения;4-го и 2-го двигателей, ВП, диод, ПМ2, КС2, ЗУМ, «земля».

Последовательно – параллельное соединение групп двигателей с ослаблением поля

Соответствует положению главной рукоятки КВ «Ход-3».

Вначале включаются контакторы КШ1 и КШ2, подключая параллельно обмоткам возбуждения каждой группы двигателей индуктивный шунт и резистор ослабления поля. Магнитное поле двигателей ослабляется до 70%. Затем РК продолжит вращение с 5(32) позиции по 1(36) позицию. До 2(35) позиции, за счет выведения кулачковыми элементами РК секций резистора ослабления поля, уменьшая сопротивление шунтирующей цепочки, происходит ступенчатое ослабление магнитного поля двигателей с 70% до 50%, 37% и 28%. На 1 (36) позиции РК останавливается, магнитное поле двигателей 28%.

Эта позиция является автоматической характеристикой при последовательно – параллельном соединении групп двигателей и ослабленном поле 28%.

Цепь тока на 1(36) позиции РК:

ТР, КС1, П, ГВ, ВА, две параллельные цепи:

1) ЛК1, РП1-3, ДР1, ДР2, ЛК3, Я1, Я3, точка Я3 две параллельные цепи: первая- ВП, обмотки возбуждения 1-го и 3-го двигателей, ВП, точка Л6; вторая- КШ1, ИШ1-3, резистор Р28-Р29, РК25, точка Л6. Далее – РУТ, диод, ПМ3, РК3, ПП2, КС2, ЗУМ, «земля».

2) ЛК5, ПП3, РК4, РП2-4, Я2, шунт амперметра, Я4, ДР2, ДР1, ЛК4, ПМ1, РУТ, точка Л16 две параллельные цепи: первая – ВП, обмотки возбуждения 4-го и 2-го двигателей, ВП, точка Л18; вторая – КШ2, ИШ2-4, РК26, резистор Р35, точка Л18. Далее – диод, ПМ2, КС2, ЗУМ, «земля».