Характеристика тягового асинхронного двигателя

Математическая и имитационная модели тягового асинхронного двигателя для частотно-регулируемого электропривода

Изложен краткий анализ состояния рудничной электровозной тяги, рассматривается общая характеристика условий работы тяговых электроприводов рудничных электровозов и особенности применения асинхронного привода. Разработаны математическая и имитационная модели тягового асинхронного двигателя для частотно-регулируемого электропривода. Представлены принципы построения асинхронного тягового электропривода шахтного рудничного электровоза, обоснован выбор и проведена проверка адекватности расчетных параметров двигателя, приведено теоретическое обоснование обеспечения предельно достижимого момента тягового асинхронного двигателя.

Mathematical and imitating models of the asynchronous motor for a frequency-regulated electric drive

A brief analysis of the condition of the mine electric locomotive traction is presented, the general characteristics of the operating conditions of the traction electric drives of the mine electric locomotives and the characteristics of the use of asynchronous drive are considered. Mathematical and simulation models of a traction asynchronous motor for a frequency-controlled electric drive have been developed. The principles of constructing an asynchronous traction electric drive of a mine mine electric locomotive are presented, the choice is justified and the adequacy of the engine design parameters checked, the theoretical justification for ensuring the maximum achievable torque of the induction motor is given.

Исторически сложилось так, что электрический привод на рельсовом подземном транспорте появился только в начале XX века. Если ранее для движения подземных вагонеток использовалась исключительно сила человека и животных, то с успехами электротехники стало возможным применять электрический привод. Со временем происходило совершенствование конструкции грузовых тележек и локомотива, но основной принцип управления движения оставался практически неизменным до 1970-1990-х годов.

Электротехнический комплекс подземного рельсового транспорта имел в своем составе в основном реостатно-регулируемый привод постоянного тока на базе тягового двигателя постоянного тока с последовательным возбуждением. Мягкие механические характеристики такого двигателя обеспечивали уверенный пуск электровоза при достаточно большом пусковом моменте и токе якоря двигателя. За счет насыщения магнитной системы тягового двигателя магнитный поток в воздушном зазоре при больших величинах тока якоря практически не менялся, и механическая характеристика при нагрузках, значительно превышающих номинальную нагрузку, имела характер, близкий к линейному. Величина пускового тока и момента не превышала номинальные значения более чем в 3-3,5 раза. Мягкие механические характеристики ДПТ последовательного возбуждения хорошо сочетались с характеристиками приводного механизма и облегчали настройку двухдвигательных электроприводов ведущих колесных пар электровоза.

Основными причинами повсеместного использования привода постоянного тока на базе ДПТ на подземном транспорте были следующие:

• теоретические предпосылки использования данного вида тягового электропривода и опыт его применения в городском электротранспорте, железнодорожном междугороднем сообщении основаны на едином принципе его конструкции, что способствовало чрезвычайно широкому его распространению;

• система электроснабжения постоянного тока, основанная на применении тяговых выпрямительных подстанций, оказалась наиболее пригодной к эксплуатации для приводов рельсового транспорта [1];

Асинхронные тяговые двигатели — Требования эксплуатации к характеристикам асинхронных тяговых двигателей

Содержание материала

• Асинхронные тяговые двигатели
• Режимы нагрузок асинхронных тяговых двигателей
• Требования эксплуатации к характеристикам асинхронных тяговых двигателей
• Формирование вращающейся МДС статорной обмотки
• Требования к параметрам асинхронных тяговых двигателей
• Преобразователи частоты
• Основные требования к элементной базе преобразователей частоты
• Способы повышения энергетических показателей ЭПС
• Выходные преобразователи на основе автономных инверторов напряжения
• Амплитудный и широтно-импульсный способы регулирования выходного напряжения инвертора
• Особенности конструкции асинхронных тяговых двигателей
• Особенности проектирования асинхронных тяговых двигателей
• Электромагнитные процессы в силовых цепях ЭПС
• Спектральный состав токов и напряжений на выходе преобразователей частоты
• Устойчивость работы тяготей асинхронной машины в генераторном режиме
• Перевод асинхронной машины в генераторный режим
• Система регулирования частоты
• Система регулирования напряжения
• Защита полупроводниковых преобразователей от перенапряжений и сверхтоков
• Отечественный опыт создания электровозов с асинхронными тяговыми двигателями
• Зарубежный опыт создания ЭПС

Электромеханические характеристики тяговых двигателей определяют тяговые характеристики ЭПС, отражающие в значительной степени его тяговые свойства и условия нагрузки в эксплуатационных режимах. При любых типах тяговых двигателей тяговые характеристики должны удовлетворять двум требованиям:

1. число характеристик должно быть таким, чтобы по возможности была перекрыта вся тяговая область с учетом ограничений;
2. система регулирования должна обеспечить возможность продолжительной работы в любой точке тяговой области.

Применительно к асинхронным тяговым двигателям следует ввести дополнительно еще два требования:

1. заданные тяговые характеристики должны обеспечиваться в условиях эксплуатации без значительного усложнения системы регулирования;
2. система управления должна так формировать тяговые характеристики, чтобы обеспечивалась их жесткость при боксовании независимо от формы характеристики в тяговом режиме.

Поскольку у асинхронного тягового привода имеется возможность плавно регулировать напряжение и частоту, 1-е требование выполняется легко. Нет трудностей и для выполнения 2-го требования. Целесообразность учета 3-го требования будет показана ниже.
Наклон характеристик не имеет большого значения, что важно, например, для тяговых двигателей постоянного тока. Необходимо лишь, чтобы соблюдалось 4-е требование, т. е. тяговая характеристика может быть мягкой, как у двигателей последовательного возбуждения, но она должна становиться «жесткой» при срыве сцепления. Это требование также может быть обеспечено средствами регулирования путем задержки роста частоты питающего напряжения при сбросе нагрузки у тягового двигателя в случае срыва сцепления. При этом уменьшения силы тяги электровоза не будет.

Рис. 1.4. Тяговые характеристики электровоза
На рис. 1.4 представлены тяговые характеристики электровоза с ограничениями, обычными для тягового электрического привода. Тяговые характеристики являются «мягкими» и примерно соответствуют характеристикам постоянства мощности. Кривая 1 является ограничением по сцеплению; кривая II — по мощности; кривая III — по конструкционной скорости. Утолщенная кривая на рис. 1.4 соответствует тяговой характеристике, на которой расположена точка с номинальными параметрами.
Материалом параграфов 1.1—1.3 в основном исчерпываются общие условия работы и требования к выходным параметрам асинхронных тяговых двигателей. Дальнейшие оценки должны быть выполнены при рассмотрении асинхронного тягового двигателя в сочетании с преобразователем, его питающим, что и будет представлено ниже.

Продукция

Генератор предназначен для питания тяговых электродвигателей автосамосвала “БелАЗ” грузоподъемностью 90 т.

Основные технические характеристики:

• Мощность номинальная, кВт — 700
• Номинальное напряжение (линейное) наименьшее, В — 510
• Номинальное напряжение (линейное) наибольшее, В — 850
• Ток номинальный наименьший, А — 546
• Ток номинальный наибольший, А — 870
• Частота тока, Гц — 120/126,67
• Ток возбуждения, А — 210
• Коэффициент полезного действия, %, не менее — 94,8/94,6
• Масса, кг, не более — 2500

Двигатель предназначен для мотор-колес карьерных автосамосвалов “БелАЗ” грузоподъемностью 90 т.

Основные технические характеристики:

• Мощность, кВт — 360
• Номинальное напряжение (линейное), В — 700
• Ток, А — 393
• Частота вращения номинальная, с -1 (об/мин) — 12,83 (770)
• Частота вращения наибольшая, с -1 (об/мин) — 66,67 (4000)
• Номинальный вращающий момент, Н·м — 4465
• Номинальная частота, Гц — 39
• Коэффициент полезного действия, %, не менее — 94,1
• Коэффициент мощности — 0,80
• Число фаз — 3
• Масса, кг , не более — 2000

Агрегат тяговый является комплектующим изделием дизель-генератора, предназначенного для маневровых тепловозов ТЭМ14, ТЭМ14М и ТЭМ9ТА.

Основные технические характеристики:

• Номинальная мощность на клеммах, кВт — 882
• Частота вращения номинальная, с -1 (об/мин) — 25 (1500) / 27 (1620)
• Частота вращения минимальная, с -1 (об/мин) — 8,67 (520) / 10 (600)
• Частота вращения наибольшая, с -1 (об/мин) — 25,75 (1545) / 27,83 (1670)
• Количество трехфазных статорных обмоток — 2
• Номинальное напряжение статорной обмотки в продолжительном режиме с номинальной мощностью и частотой вращения, линейное, В — 400/210
• Ток статорной обмотки в продолжительном режиме с номинальной мощностью и частотой вращения, фазный, А — 682/1385
• Номинальная частота напряжения, Гц — 100
• Коэффициент полезного действия, % — 96/94,5
• Ток обмотки возбуждения максимальный в продолжительном режиме, А — 145
• Масса агрегата без выпрямителя, кг, не более — 6000
• Масса агрегата с выпрямителем, кг, не более — 6400

Генератор предназначен для питания тяговых электродвигателей автосамосвала “БелАЗ” грузоподъемностью до 180 т.

Основные технические характеристики для климатического исполнения УХЛ2

• Мощность номинальная, кВт — 800
• Напряжение номинальное наименьшее, В — 490
• Напряжение номинальное наибольшее, В — 700
• Ток номинальный наименьший, А — 2×350
• Ток номинальный наибольший, А — 2х510
• Частота вращения, с -1 (об/мин) — 25 (1500) / 31,67 (1900)
• Частота тока, Гц — 100 / 126,67
• Ток возбуждения, А — 210
• Коэффициент полезного действия, %, не менее — 95
• Масса, кг, не более — 3000

Генератор предназначен для установки на дизель-электрическом тракторе ДЭТ-400, его модификации и комплектации.

Основные технические характеристики климатического исполнения Т2:

• Номинальная мощность, кВт — 225
• Напряжение, В, номинальное — 600
• Ток якоря, А, максимальный — 600
• Частота вращения, (об/мин), номинальная — 2350
• Частота вращения, (об/мин), максимальная — 2650
• Коэффициент полезного действия, % — 96,1
• Расход воздуха в двигательном режиме, м 3 /с — 0,4
• Масса, кг, не более — 1120

Двигатель предназначен для установки на дизель-электрическом тракторе ДЭТ-400, его модификации и комплектации.

Основные технические характеристики климатического исполнения УХЛ2:

• Номинальная мощность, кВт — 240
• Напряжение, В, номинальное — 600
• Ток якоря, А, максимальный — 560
• Частота вращения, (об/мин), номинальная — 430
• Частота вращения, (об/мин), максимальная — 2250
• Момент на валу при номинальной частоте вращения, Н·м — 5500
• Коэффициент полезного действия, % — 94,4
• Расход воздуха в двигательном режиме, м 3 /с — 0,5
• Масса, кг, не более — 2860

Электродвигатель предназначен для привода компрессора тепловоза.

Основные технические характеристики:

• Мощность, кВт — 37
• Напряжение, В — 110
• Ток, А — 400
• Ток обмотки параллельного возбуждения, А — 10±1
• Частота вращения, с -1 (об/мин) — 24,17 (1450)
• Коэффициент полезного действия, % — 84
• Количество пусков в час, не более — 30
• Масса, кг, не более — 550

Двигатель предназначен для привода колесных пар магистральных и маневровых тепловозов

Основные технические характеристики:

• Номинальная мощность, кВт — 414
• Напряжение наименьшее, В — 506
• Напряжение наибольшее, В — 780
• Ток при наименьшем напряжении, А — 890
• Ток при наибольшем напряжении, А — 577
• Частота вращения при наименьшем напряжении, с -1 (об/мин) — 10 (600)
• Частота вращения при наибольшем напряжении, с -1 (об/мин) — 38,67 (2320)
• Момент на валу, Н·м — 6592
• Коэффициент полезного действия, % — 92
• Максимальный ток при трогании, А — 1130
• Масса, кг, не более — 3100

Электродвигатель предназначен для работы в качестве привода мотор-колеса карьерных автосамосвалов «БелАЗ» грузоподъемностью до 220 тонн.

Основные технические характеристики климатического исполнения УХЛ2:

• Мощность номинальная, кВт — 600
• Напряжение номинальное, В — 830
• Частота вращения номинальная, с -1 (об/мин) — 15,17 (910)
• Частота вращения максимальная, с -1 (об/мин) — 46,7 (2800)
• Вращающий момент номинальный, Н·м — 6300
• Вращающий момент максимальный, Н·м — 12700
• Коэффициент полезного действия, % — 94
• Степень возбуждения номинальная, % — 100
• Степень возбуждения минимальная, % — 32
• Масса, кг, не более — 3300

Электродвигатель предназначен для работы в качестве привода мотор-колеса карьерных автосамосвалов «БелАЗ» грузоподъемностью до 240 тонн.

Основные технические характеристики климатического исполнения УХЛ2:

• Мощность номинальная, кВт — 800
• Напряжение номинальное, В — 890
• Частота вращения номинальная, с -1 (об/мин) — 10 (600)
• Частота вращения максимальная, с -1 (об/мин) — 33,3 (2000)
• Вращающий момент номинальный, Н·м — 12700
• Вращающий момент максимальный, Н·м — 25400
• Коэффициент полезного действия, % — 92
• Степень возбуждения номинальная, % —100
• Степень возбуждения минимальная, % — 32
• Масса, кг, не более — 5000

Двигатель предназначен для привода колесных пар магистральных и меневровых тепловозов.

Основные технические характеристики:

• Номинальная мощность, кВт — 414
• Напряжение наименьшее, В — 506
• Напряжение наибольшее, В — 780
• Ток при наименьшем напряжении, А — 890
• Ток при наибольшем напряжении, А — 577
• Частота вращения при наименьшем напряжении, с -1 (об/мин) — 10 (600)
• Частота вращения при наибольшем напряжении, с -1 (об/мин) — 38,67 (2320)
• Момент на валу, Н·м — 6592
• Коэффициент полезного действия, % — 92
• Максимальный ток при трогании, А — 1130
• Масса, кг, не более — 2800

Генератор предназначен для питания тяговых электродвигателей автосамосвала “БелАЗ” грузоподъемностью до 240 т.

Основные технические характеристики для климатического исполнения УХЛ2

• Мощность номинальная, кВт — 1600
• Напряжение номинальное наименьшее, В — 650*
• Напряжение номинальное наибольшее, В — 780*
• Ток номинальный наименьший, А — 2×623
• Ток номинальный наибольший, А — 2х748
• Частота вращения, с -1 (об/мин) — 31,67 (1900)
• Частота тока, Гц — 126,67
• Ток возбуждения, А — 270**
• Коэффициент полезного действия, %, не менее — 95
• Масса, кг , не более — 3250

Примечания:
1 * Наибольшее напряжение на выводах выпрямителя по постоянному току 2х1000 В.

2 ** Ток возбуждения, соответствующий точке продолжительности режима, максимальный.

Тяговые свойства ЭПС с асинхронными тяговыми двигателями

Важным показателем для ЭПС является использование его сцепного веса в реализации силы тяги. Этот показатель во многом определяется жесткостью характеристик тягового двигателя.

Жесткость тяговой характеристики оценивается приращением си-

лы тяги с увеличением скорости движения 1571: хг

Практический интерес представляет жесткость в области больших нагрузок, превышающих нагрузки часового режима. При сравнительной оценке жесткости тяговых характеристик ЭПС различных типов можно пользоваться относительными значениями жесткости:

Аналогично оценивается жесткость тормозной характеристики:

Кривая 1 на рис. 11.14 представляет собой жесткую, а кривая 2 мягкую тяговые характеристики, кривая 3 — зависимость силы сцепления колесной пары от скорости движения. Если сила сцепления при скорости, отвечающей точке А, снизится на величину А/ 1 ‘, то начнется боксование колеса (точка Б). Скорость движения буксующего колеса будет равна сумме скоростей поступательного движения ц„ и скорости скольжения о_сК колеса по рельсу. В процессе боксования сила

сцепления будет снижаться [см. кривую 4, представляющую собой зависимость /^_сц(и_сК)1.

Далее характер процесса боксования зависит от жесткости характеристик.

В случае жесткой характеристики двигателя в процессе боксования сила сцепления при скорости, отвечающей точке К, окажется равной силе тяги, создаваемой тяговым двигателем. Скольжение колеса по рельсу прекратится, н наступит новое положение равновесия.

При двигателях с мягкой характеристикой случайно возникшее боксование колес будет развиваться и стремиться перейти в разносное боксование. По мере увеличения скорости скольжения колеса в процессе боксования разность между силой тяги, развиваемой тяговым двига-лем (кривая 2), и силой сцепления (кривая 4) будет возрастать. Для прекращения боксования надо принимать меры, повышающие силу сцепления колес с рельсом или уменьшающие силу тяги.

Рис. 11.14. Характеристики процессов боксования при мягких и жестких тяговых характеристиках

Рассмотрим эти процессы при применении асинхронных тяговых двигателей. На ЭПС с АТД частота тока статора автоматически регулируется в зависимости от частоты вращения ротора /_вр и в режиме тяги /i = /вр + ft- Результаты испытаний отечественного и зарубежного ЭПС показали существенную зависимость противобоксовочных свойств тягового асинхронного двигателя от способа измерения /_вр. Наиболее целесообразен способ, при котором /_вр измеряется на основе поступательной скорости, например от датчика, установленного на бегунковой оси (электропоезда). При отсутствии бегунковых осей практически такие же результаты (исключая режим одновременного боксования всех осей) можно получать, если оборудовать датчиками все двигатели локомотива, что позволяет выбирать минимальное значение /_{вр m}i_n.

При указанных способах измерений /_вр регулятор не реагирует на увеличение частоты вращения ротора двигателя, связанного с колесной парой, у которой нарушились условия сцепления. Поэтому характеристики боксующего АТД следует рассматривать при условиях = const, /₂ = -/_вр = var. При этом принимаем неизменным фазное

Известно, что ускорение ротора (достаточно быстрое во времени изменение скольжения df₂ldt) может существенно влиять на характеристики асинхронной машины. Поэтому представляет практический интерес рассмотреть жесткость тяговой характеристики АТД при срыве сцепления с учетом изменения /₂. Известно [51, что при dfjdt Ф 0 динамическая характеристика М Q_t) тем сильнее отличается от статической характеристики, чем больше коэффициент К_л:

где Т_г = х_кЦг’_г -2л/|) — постоянная обмотка ротора; -индуктивное сопротивление короткого замыкания; *_кр = /_2кр— относительное критическое скольжение.

Для различных асинхронных машин, обладающих одинаковыми значениями К_я, характеристики М (/₂) в относительных единицах подобны друг другу. Известна методика расчета универсальных характеристик для различных значений К._я 158], которая использована при определении динамических характеристик АТД в случае срыва сцепления.

При нарушении сцепления колес с рельсами ротор АТД приобретает угловое ускорение:

где М — текущее значение момента; Л4_СЦ — момент нагрузки, определяемый сцеплением колес с рельсами; J_e — суммарный момент инерции ротора и связанной с ним колесной пары; М_иац — избыточный момент.

Из-за множества факторов, влияющих на коэффициент сцепления, не представляется возможным при боксовании однозначно задать М_сц в функции времени. Поэтому целесообразно ориентироваться на реальные значения ускорения боксующей оси, известные по опыту эксплуатации. Поскольку при числе пар полюсов р частота вращения ротора n_t — (/| — ft)lp, то при = const имеем dfjdt — — р dnjdt.

Линейная скорость колеса по кругу качения

Поэтому величина df_tldt связана с линейным ускорением боксующей оси а соотношением

Если пренебречь потерями в редукторе, то сила тяги иа ободе колеса /^ = 2 М[іЮ_к. С учетом выражений (11.20) и (11.23) получим

В качестве примера выполним расчеты применительно к АТД типа НБ-602 электровоза ВЛ80*, для которого Т_г = 0,04 с; /,_кр = 4 Гц; р — 4; ?>„ = 1,25 м; р = 4,4; J_c = 90 кг-м 1 ; К_я = 0,044.

Абсолютная жесткость тяговой характеристики — — А^/До, где ДЕ — уменьшение силы тяги при возрастании окружной скорости колеса на величину Ап.

Из опыта эксплуатации известно, что на электровозах в начале срыва сцепления линейное ускорение колеса превышает 0,6 м/с 1 и по

мере развития боксования может достигать значений 2-5 м/с*. Если при расчете принять а = 5 м/с*, тогда с учетом выражений (11.23) и (11.24) получим (ії^сИ — 22 Гц/с; К_а = 0,22.

Пусть перед срывом сцепления двигатель развивал вращающий момент — 11,3 кН-м и реализовал силу тяги = 80 кН при коэффициенте сцепления ф = 0,33 и нагрузке колесной пары на рельс 240 кН. На рис. 11.15 данному режиму соответствует точка А и скольжение ротора /,₀ = 1,2 Гц. Примем, что в процессе боксования коэффициент сцепления снижается до минимального значения

Рис. 11.15. Характеристики тягового двигателя НБ-602 с учетом ускорения ротора:

1 — /(д-0; 2 — /(я-0,22; 3 — Кд-0.бв

г|5 = 0,1 (например, при наезле на масляное пятно) и для точки Б имеем Г₂=24 кН, М₂ — 3,3 кН-м.

Согласно выражению (11.23) при увеличении числа полюсов машины возрастает коэффициент К_л, динамическая характеристика двигателя более значительно отличается от статической и потому возрастает (по абсолютному значению) приращение А/_Вр, при котором момент двигателя снижается до нуля. Из выражения (11.22) следует, что при заданном приращении Д/_вр увеличение числа пар полюсов ведет к снижению приращения скорости До. Поэтому число пар полюсов машины слабо влияет на жесткость динамической характеристики АТД.

Для динамической характеристики важным параметром является абсолютное скольжение/г, при котором момент М — 0. По мере увеличения коэффициента К_а скольжение /г по абсолютному значению возрастает (но /г 2 жесткость тяговой характеристики АТД типа НБ-602 уменьшается примерно в 1,8 раза.

Известно, что высокие противобоксовочные и тяговые свойства локомотива достигаются (при прочих равных условиях) в том случае, если жесткость тяговой характеристики равна или больше жесткости ниспадающей ветви характеристики сцепления ф (о), которая имеет максимальное значение при скорости, близкой к нулю, и равна пример- но Хсц =0>9 с/м. В рассмотренном случае указанное условие выполняется, причем для ветви 2 показатель х^ превышает Хсц более чем в 2 раза.

Время, за которое по характеристике 2 будет достигнуто приращение Д/_вр = 2,2 Гц при ускорении а — 5 м/с 2 (т. е. при — —

= 22 Гц/с), составит 0,1 с. По истечении времени примерно ЗТ₂— = 0,12 с свободная составляющая тока ротора практически снизится до нуля и в конце переходного процесса момент и скольжение двигателя будут определяться точкой Б на статической характеристике /. Так как свободная составляющая тока ротора, избыточный момент двигателя и ускорение ротора при подходе к точке Б постепенно снижаются до

нуля, то за время переходного процесса момент двигателя в действительности определяется не характеристикой 2, а кривой 2′. Поэтому Д/яр составит не более 1,5 Гц и кратковременное (на время ие более 0,1 с) приращение окружной скорости колес не превысит 1-1,2 км/ч.

Нанесенная на рис. 11.15 кривая 3 для К_л = 0,56 соответствует ускорению а = 13 м/с* (при — = 56 Гц/с), которое существенно

превышает ускорение боксующих осей, отмеченное в эксплуатации. Теоретически ускорение такой величины возможно при мгновенном уменьшении коэффициента сцепления с 0,33 до 0,1, начальном моменте двигателя 11,3 кН-м и моменте инерции У_с = 90 кг-м 2 . Для характеристики 3 получаем: Д/_Вр = 3,2 Гц, До=2,5 км/ч, усредненное значение жесткости Хр — 35 кН-ч/км и %р = 1,4 с/м. Следовательно, и для характеристики 3 выполняется условие х? >Хсц-

В экспериментах на электровозе ВЛ80 а при наездах на замасленные рельсы зафиксированные значения приращения окружной скорости колес были меньше 1 км/ч. Это свидетельствует о том, что благодаря высокой жесткости тяговой характеристики АТД фактическое значение линейного ускорения колес при срыве сцепления ниже принятого в расчете значения 5 м/с 2 и динамическая характеристика меньше отличается от статической, чем кривая 2 от кривой 2′.

Известно, что высокими противобоксовочными и тяговыми свойствами обладают локомотивы при независимом возбуждении двигателей постоянного тока. Они имеют жесткость тяговой характеристики 0,6-1 с/м. Как показано на примере асиихроиного двигателя НБ-602, при линейном ускорении колес больше 10 м/с 2 его тяговая характеристика имеет жесткость не менее 1,4 с/м и по данному показателю он превосходит двигатель постоянного тока с независимым возбуждением. Следовательно, асинхронный привод обладает лучшими противобоксовочными свойствами (при срыве сцепления колеса с рельсом изменение частоты вращения двигателя незначительно).

Вместе с тем в процессе испытаний опытного электровоза ВЛ80 а -751 обнаружено, что при срыве сцепления колеса с рельсом происходит периодическое изменение частоты вращения ротора (изменяется и его абсолютное скольжение), сопровождающееся значительными колебаниями тока АТД. Таким образом, возникновение колебаний тока АТД служит сигналом о работе двигателя на пределе по сцеплению. Эти колебания проявляются в фазном токе /, двигателя и во входном токе 1_а инвертора и имеют низкую частоту (3-=-10 Гц). Указанные колебания тока могут быть легко выявлены. Это позволяет создать быстродействующие датчики обнаружения срыва сцепления на подвижном составе с АТД.

Для ограничения амплитуды колебаний токов, силы тяги АТД и для восстановления условий сцепления целесообразно кратковременно снизить напряжение на двигателе и произвести подачу песка. На электровозе ВЛ80 а -751 для быстрого уменьшения напряжения, подводимого к АТД, было использовано устройство импульсной токовой отсечки, которое при срабатывании прекращало поступление импуль-

Рис. 11.17. Осциллограммы процессов срыва сцепления при наезде иа замасленные рельсы без подачи песка (а) и при автоматической подаче песка (б)

сов управления на тиристоры выпрямителя. При этом выпрямитель переводился в «буферный» режим и выпрямленное напряжение на входе инвертора кратковременно снижалось до нуля. Запаздывание срабатывания токовой отсечки (при включении и отключении) ие превышало одного полупериода напряжения питающей сети (50 Гц).

Оценку поведения асинхронного тягового привода при срыве сцепления осуществляли путем выявления по осциллограммам колебаний силы тяги относительно начального ее значения перед срывом сцепления. Наиболее характерным показателем в режиме срыва сцепления является минимальное значение силы тяги Р_т1а, которое характеризует провал силы тяги после срыва сцепления. Осциллограмма, показанная на рис. 11.17, а, характеризует процесс срыва сцепления при наезде на масляное пятно без подачи песка. Работает устройство токовой отсечки, реагирующее на колебания фазных токов АТД; частота тока статора составляет около 7 Гц. На осциллограмме зафиксироваиы колебания выпрямленных токов четырех АТД одной секции электровоза и колебания силы тяги, причем А_т|„ составляет примерно 0,5 начального значения Р₀.

Эксперименты показали также, что использование устройства автоматической подачи песка (при возникновении колебаний токов АТД) обеспечивает эффективное гашение колебательного процесса при срыве сцепления, уменьшение провала силы тяги и быстрое восстановление сцепления. Эффективность совместной работы устройств токовой отсечки и автоматической подачи песка была проверена в экспериментах, во время которых масло подавалось под оба колеса первой по ходу колесной пары электровоза по шлангам из кабины машиниста. Осциллограмма срыва и восстановления сцепления для этого случая приведена на рис. 11.17, б. Поскольку на локомотиве с АТД при срыве сцепления линейная скорость осей увеличивается незначительно, то при подаче песка примерно через 0,5 с сцепление было восстановлено, колебания токов и силы тяги были прекращены. Сила тяги достигла своего первоначального значения /¦’₀.

Выполненные на электровозе ВЛ80 а -751 экспериментальные исследования показали, что в режимах срыва сцепления (в том числе при подаче масла под переднюю колесную пару) на локомотиве с АТД использование несложных устройств, реагирующих на колебания тока двигателя, позволяет быстро восстановить сцепление при небольшом провале силы тяги. Увеличение линейной скорости колесных пар при срыве сцепления не превышает 0,5 км/ч. При рациональном выполнении устройств регулирования частоты и защиты локомотив с АТД обладает высокими противобоксовочными свойствами и по данному показателю превосходит локомотивы с традиционными системами тягового электропривода.