Сравнение характеристик ТЭД ЭПС двойного питания.

Для увеличения пропускной способности участков железных дорог, на которых имеется стыкование систем энергоснабжения постоянного и переменного тока разработан ЭПС с коллекторными ТЭД, который способен работать как на участках постоянного, так и на участках переменного тока. В России примером такого подвижного состава является электровозы ВЛ82 и ВЛ82М.

Электровоз оборудован ТЭД с номинальным напряжением 1500 В. Для упрощения схемы силовых цепей вторичная обмотка тягового трансформатора электровоза выполнена без секционирования. Номинальное напряжение тяговой обмотки выбрано с таким расчетом, чтобы в номинальном режиме работы электровоза напряжение на выходе выпрямительной установки соответствовало номинальному напряжению сети постоянного тока. Регулирование скорости движения как на участках постоянного, так и на участках переменного тока осуществляется при помощи пусковых реостатов, перегруппировки ТЭД с последовательного на последовательно-параллельное соединение и ослабления возбуждения.

Для сравнения характеристик ТЭД при питании от сети постоянного и переменного тока предположим, что имеется один ТЭД, тогда принципиальные схемы питания от сети постоянного и переменного тока будут иметь вид:

Примем допущение, что уровень напряжения на токоприемнике постоянен и не зависит от тока, потребляемого ЭПС. В этом случае при питании от сети постоянного тока уровень напряжения на ТЭД U_д не зависит от тока ТЭД I_д. При питании от сети переменного тока напряжение U_д будет уменьшаться с ростом тока I_д вследствие падения напряжения в тяговом трансформаторе и выпрямительной установке:

U_д = U_d0 – DU_пр,

где U_d0 – напряжение холостого хода выпрямительной установки.

Падение напряжения в преобразователе вызвано падением напряжения за счет:

– активных сопротивлений в цепи переменного тока DU_~ (обмотки тягового трансформатора);

– активных сопротивлений в цепи выпрямленного тока DU_– (обмотка сглаживающего реактора);

– коммутации диодов выпрямителя DU_g;

– прямого падения напряжения на диодах выпрямителя DU_в.

DU_пр = DU_~ + DU_– + DU_g + DU_в.

Величину DU_~ можно определить из условия равенства потерь мощности в цепи переменного тока при протекании действующего значения тока I₂ и среднего выпрямленного I_д за период выпрямленного напряжения:

;

,

где к_эф~ – коэффициент эффективности переменного тока;

R_~ – активное сопротивление обмоток тягового трансформатора, приведенное к вторичной обмотке.

.

Величину DU_– можно определить из равенства потерь мощности в сопротивлении цепи выпрямленного тока при протекании среднего выпрямленного тока I_д и эффективного выпрямленного тока I_{д эф}:

;

,

где к_эф– – коэффициент эффективности выпрямленного тока.

Падение напряжения за счет коммутации диодов выпрямителя определяется величиной тока ТЭД и индуктивного сопротивления х₂ обмоток тягового трансформатора, приведенного к вторичной обмотке:

.

Прямое падение напряжения на диодах выпрямителя определяется количеством последовательно включенных диодов в плече выпрямителя m и пороговым напряжением диода U₀:

DU_в = 2 × m × U₀.

Скоростная характеристика ТЭД постоянного тока описывается уравнением

.

При одинаковом токе ТЭД, питаемый от сети постоянного тока должен реализовать большую скорость, чем при питании от сети переменного тока. Однако, так как выпрямитель электровоза обеспечивает равенство напряжений при номинальном режиме работы, то приведенное правило справедливо только для токов ТЭД, больших номинального.

Исходя из вышесказанного, скоростная характеристика ТЭД при питании от сети переменного тока будет иметь больший наклон к оси тока по сравнению со скоростной характеристикой того же ТЭД при питании от сети постоянного тока.

Рассуждая аналогичным образом, можно придти к выводу, что больший наклон к оси скорости будет иметь тяговая характеристика ТЭД при питании от сети постоянного тока.

Степень изменения силы тяги с изменением скорости движения количественно оценивается коэффициентом жесткости тяговой характеристики

.

То есть количественно коэффициент жесткости тяговой характеристики – это тангенс угла наклона касательной, проведенной к тяговой характеристике, к оси скорости:

c = tga.

Как следует из рисунка коэффициент жесткости тяговой характеристики ТЭД последовательного возбуждения величина не постоянная и уменьшается с ростом скорости движения.

Сравнивая тяговые характеристики ТЭД при питании от сети постоянного и переменного тока можно сделать вывод, что тяговая характеристика ТЭД при питании от сети постоянного тока имеет большую жесткость.