Тепловоз

722, с нрнсое числа.июля 1939 г ода в НКПС заот того к Заявлено о 1 августа 19 единением заяв убликовано 3 дг еактивнсм тормо. схему работы дит аккумуляторной ная маг ч Существуют тепловозы с электри ческой передачей от первичного двигателя к ведущим осям, состоящей из сериесных тяговых двигателей и питающего их генератора, возбуждение которого автоматически регулируется в зависимости от силы токанагрузки.В предлагаемом тепловозе такого рода для управления системой реле, служащих для включения и выключения секций регулировочного со-, противления в цепи возбуждения генератора или его возбудителя, применена многоконтактная катодтрубка, управляемая электронитом, обмотка которого вклюена в цепь тягового двигателя с целью осуществления работы генератора на нужной характеристикеНа чертеже фиг. 1 изображаетсхему электрической передачи тепловоза с катодным регулятором напряжений в цепи обмотки возбуждения возбудителя; фиг. 2 - схему передави с рекуперативным торможением; фиг, 3 - схему узла регулятора; фиг. 4 в схему питания сериесных обмоток тяговых двигателей при рекуперативном режиме; фиг. 5 - схему питания при ржени и фиг. б -зельэлектровоза обат репНа еоозе установлен дизель Л нормального типа (фиг, 11, из числа обычно устанавливаемых на дизель- электровозах, с электрической передачейно без регулятора, поддер:-:лвающего постоянство числа его оборотов, На коренном валу дизеля находятся якори генератора Г постоянного тока и его возбудителя В. К зажимам якоря генератора параллельно подключены обычные тяговые электродвигатели М, Яг с серпесными обмотками С Са, ток генератора проходит по обмотке сердечника электромагнита ЭЛ, в поле которого находится катодный луч электронного коммутатора ЗЬ,Возбудитель В служит для питания обмотки В, возбуждения генератора 1; а для возбуждения возбудителя предусмотрена аккумуляторная батарея А (однако, это не обязательно и возможна работа ит самовозбуждения). Введенные в цепль обмотки Вв возбуждения возбудителя секции сопротивлений предна значены для обеспечения нужных изменений напряжения возбудителя, а, тем самым, и напряжения генератора, в зависимости от нагрузки 1 я, генератора, т, е. для достижения требуемой скорости У,=1(1 я).Ламели электронного коммутато. ра ЭК разделены на две зоны; основная часть их обслуживает нормальный режим генератора (1 я,) о), меньшая же часть принимает на себя ликвидацию случайно возникающих нестационарных явлений, например, явления обратного тока (1 я,(о),На пост управленивыведена рукоятка, управляющая одновременно подачей топлива в дизель и включением наборов сопротивлений.Для автоматической работы дизельэлектровоза в пределах нормальной мощности дизеля необходимо осуществление зависимости РУ= сопй (где Р в си тяги и Г - скорость поезда) и необходимой для этого зависимости К 1 я,= сопй.Регулятор может осуществлять любую функциональную связь ме. жду 1 я, и напряжением У, генератора через его ток 1, возбуждения благодаря управляемым секциям со. противлений регулятора, введенным в цепь возбуждения возбудителя.Предположим, что регулятор настроен на осуществление требуемой зависимости РУ= сопй (и, следовательно, 1 я,11,= сопз 1) и что дизель- электровоз преодолевает определенное сопротивление движению поезда, развивая при этом силу тяги Р, Осуществление этой силы тяги требует определенной силы тока 1 я соответствующей определенному напряжению генератора, что требует определенного числа оборотов двигателя; при этом поезд будет иметь некоторую скорость У, которая, благодаря регулятору, будет связана с Г выра. жением РУ= сопз 1, требуя тем самым полной мощности дизеля.При изменении сопротивления движению поезда в первый промежуток времени обороты двигателей несколько изменятся для того; чтобы сила тока установилась на уровне, соответствующем достижению новой силы тяги Р,. Этот изменившийся ток через регулятор воздействует на напряжение возбудителя таким об. разом, что вновь устанавливается Ь;1 я,= сопз 1; изменение ; влечет изменение скорости поезда до некоей скорости снова отвечающей соотношению Р;Р,= 11 Р. Таким образом, регулятор автоматически разрешает основную задачу нормальной работы дизельэлектровоза: автоматические изменения скорости в зависимости от изменений потребных сил тяги.Если дизельэлектровоз работает в пределах полной мощности дизеля, развивая требуемое тяговое усилие Р и создавая при этом соответствующую скоростьто при неизмен. ном в рассматриваемый отрезок времени сопротивлении движению поезда (и, следовательно, Р, = сопз 1) регулировка оборотов в сторону повышения скорости поезда невозмож. на, так как это потребовало бы от дизеля развития ббльшей мощности, чем он был бы в состоянии дать, ибо он уже работает на полной мощности. Следовательно, при этих условиях возможно лишь снижение скорости поезда.Так как в рассматриваемый отре зок времени сопротивления движению поезда остаются постоянными, то и тяговое усилие Р, также остается постоянным, а это значит, что и сила тока 1 я, должна быть постоянной, независимо от скорости поезда. Скорость же поезда (обороты двигателей) определяется только величиной напряжения генератораизменяя которое(в данном случае в сторону уменьшения) до нужной величины, получим требуемую скорость поезда.Изменение напряжения генератора до величины, нужной для получения требуемого числа оборотов (скорости поезда), может быть достигнуто несколькими путями: изменением вспомогательного тока готносительным смещением секций сопро. тивлений, введением определенного сопротивления в цепь возбуждения возбудителя или переключением старого набора секций сопротивлений на новый, отвечающий требуемой величине оборотов.Наиболее целесообразной является регулировка оборотов путем пере. ключения старого набора секций сопротивлений на новый, отвечающий требуемой величине скорости, обеспечивающий последующую работу дизеля в пределах новой мощности и отвечающий новым оборотам дизеля.Количество таких наборов сопротивлений в регуляторе может быть установлено любым, так что всегда можно достичь требуемого числа ступеней регулировки скоростей.Регулировка скоростей осуще. ствляется с поста управления рукояткой, .управляющей подачей топлива в цилиндры дизеля и одновременно блокированным с данной ру. кояткой валиком, меняющим подключаемые наборы секций сопротивлений, так что каждый поворот рукоятки дает определенное наполнение дизеля и вводит отвечающий данному режиму набор сопротивлений.В целях перевода тепловоза на рекуперативное торможение (при котором тяговые двигатели используются в качестве генератора и питают динамомашину, которая при моторном режиме работает как генератор) генератор включают на самовозбуждение по схеме сериесной машины, двигатели - по схеме независимого возбуждения от возбудителя генератора, а электромагнит катодной трубки внезависимое питание или на питание от цепи тяговых двигателей и применяют компрессор, сцепляемый при рекуперативном тормохсении с валом первичного двигателя при помощи электромагнитной муфты.В течение нормального режима схема ничем принципиально не отличается от вышеописанной схемы (фиг. 1), Новыми элементами схемы (фиг. 2) являются двухступенчатый вертикальный компрессор К, соединенный через посредство электромагнитной муфты М с коренным валом дизеля Д таким образом, что в период нормального режима муфта разомкнута и компрессор бездействует, а в период регенеративного режима муфта замкнута, т. е. компрессор связан с валом дизеля и резервуаром Р, для сжатого воздуха, Дизель Д выполнен таким образом, чтобы он мог работать попеременно как нормальный дизель, как первая ступень компрессора и как детандер (расширительная машина) от сжатого воздуха.Для этого он оборудован, кроме нормальных для дизеля клапанов, еще клапанами компрессорного типа, которые служат также для обслуживания детандерного режима дизеля. Кроме того, предусмотрено блокирующее устройство, переводящее работу дизеля с режима, обеспечиваемого клапанами одного типа, на клапаны другого типа одновременно у всех цилиндров дизеля, при одновременном включении или выключении муфты, вентилей воздухопроводов и переключении обмоток возбуждения тяговых двигателей,Когда дизель работает на нормальном дизельном режиме, электрическая передача работает (фиг. 3) так, как описано выше (фиг. 1). При рекупе рати вном торможении электрическая энергия трансформируется в механическую энергию (например, энергию сжатого воздуха), которая, за вычетом потерь, может быть вновь использована для приведения поезда в движение.Сериесные моторы, ставшие генераторами, посылают ток в генератор, который теперь уже работает как двигатель, приводя в движение дизель Д и с ним двухступенчатый компрессор, так как муфта между дизелем Д и компрессором К в этом режиме замкнута.Для того, чтобы работа сериесного генератора на двигатель с независимым возбуждением не сопровождалась явлением качаний", сериесные обмотки С С., тяговых двигателей питаются в данном режиме возбудителем В (фиг. 4), т. е. переводятся на независимое возбуждение. Одновременно с этим независимое возбуждение генератора (работающего в данном режиме в качестве двигателя) от возбудителязаменяется самовозбуждением от специальной сериесной обмотки, направление включения которой таково, чтобы было сохранено то же самое направление вращения генера. тора, что и в нормальном режиме, В этом режиме цилиндры дизеля работают, как первые ступени компрессора со степенью сжатия я=4 - 5 (причем топливные клапаны дизеля бездействуют). Сжатый до 4 - 5 атм. воздух из цилиндров дизеля перехо. дит в нижнюю ступень компрессора, где воздух сжимается до 20 - 25 атм а затем в верхнюю ступень компрессора, где воздух окончательно до. жимается до 100 - 110 атм. Сжатый до такого давления воздух собирается в особом резервуаре Р, (фиг. 2),При накоплении достаточного запаса сжатого воздуха дизель с нормального дизельного режима переводится на детандерный режим, для чего питание дизеля топливом прекращается, а сжатый до 100 - 110 атм. воздух через редукционный вентиль, снижающий давление до 35 атм., и через компрессорные (или специальные детандерные) клапаны подается в цилиндры дизеля. При этом дизель работает в качестве расширительной машины (детандера), а электрическая передача при этом продолжает осу. ществлять свою работу так же точно, как и при нормальной работе дизеля.Для перевода тепловоза на реактивное торможение генератор выключают из электрической схемы, тяговые двигатели, включенные по схеме независимого возбуждения, включают на аккумуляторную батарею для зарядки последней, возбу. дитель же отцепляют от вала генератора, а вспомогательный двигатель, служащий для привода возбудителя, включают на аккумуляторную батарею. С этой целью в схему (фиг. 5), по сравеию с перой снеой (фиг. 1), введены следующие элементы: 1) аккумуляторная батарея А значительной емкости с напряжением 500 в 6 вольт; 2) вспомогательный электродвигатель Д на одном валу с возбудителем В; 3) электромагнитная муфта, служащая для связывания вала генератора с валом возбудителя; в нормальном режиме муфта включена, вследствие чего возбудительвращается вместе с генератором, аследовательно, вместе с ними вращается и вспомогательный электродвигатель, цепь которого однакопри этом разомкнута, отчего он наобщем валу представляет лишь незначительное механическое сопро.тивление; 4) контакторы, переклю чающие сериесные обмотки тяговыхдвигателей на независимое возбуждение от возбудителя и 5) контроллер (на схеме не показанный), осуществляющий в определенной последовательности переход с нормальногорежима на регенеративный,В течение нормального режимаработа атой схемы не отличаетсяот работы первоначально описаннойсхемы (фиг, 1). При этом электромагнитная муфта замкнута, цепьвспомогательного двигателя разомкнута и контроллер стоит в положении, обеспечивающем нормальныйрежим, т. е. работу по схеме (фиг. 3).В регенеративном режиме дизельи генератор остановлены; электромагнитная муфта разомкнута, цепьвспомогательного электродвигателязамкнута на определенную секциюаккумуляторной батареи и приводитв движение возбудитель, которыйпитает сериесные обмотки тяговыхмашин, переводя их тем самым нанезависимое возбуждение,В этом режиме основная обмоткаэлектромагнита ЗЯ подключаетсяк силовой цепи параллельно, благо"даря чему регулятор действует в зависимости от изменяющегося чапряжения на зажимах тяговых машин.Основным тормозным режимомявляется электрическое торможениепри ходе поезда под уклон, когда, требуется путем тормозного эффектаподдержание некоторых оборотов напостоянном уровне.Предположим, что напряжение регенерируемого тяговыми машинамитока на несколько вольт выше суммарного напряжения аккумуляторнойбатареи, которая, вследствие этого,заряжается током определенной. величины. Если обороты увеличатся,то напряжение на зажимах тяговыхПри регулировке током г, происходит отклонение луча в катодной трубке ЗК на ламель, отвечающую требуемой величине напряжения аккумуляторной батареи.Перевод дизельэлектровоза на ра. боту от аккумуляторной батареи следует производить уже при движении поезда так, чтобы трогание осуществлялось по нормальной схеме.Аккумуляторная батарея (фиг. 6) питает непосредственно тяговые двигатели с их обмотками возбуждения, причем возбудитель и вспомогательный двигатель бездействуют, электромагнит ЗЛ питается только от вспомогательного тока - коим через электронный коммутатор регулятора, можно, по желанию, достигать требуемых величин скоростей путем установки луча на ламель, отвечающую определенному напряжению аккумуляторной батареи. При этом двигатели работают по сериесным характеристикам и ведение поезда в этом режиме требует от машиниста регулировки потребной силы тяги.Вместо этого можно работать по схеме фиг. 5 с той разницей, что электромагнит ЭИ подключен к силовой цепи последовательно. Здесь наборы сопротивлений в цепи воз. буждения возбудителя подбирают таким образом, чтобы в комбинации с величинами регулируемых напряжений аккумуляторной батареи у тяговых двигателей была создана примерно гиперболическая характеристика.Экспериментальная проверка должна указать, какой из этих двух приемов окажется более прпепемым.Предмет изобретения,1. Тепловоз с электрической передачей от первичного двигателя к ведущим осям, состоящей пз сериесных тяговых двигателей и питающего их генератора, возбуждение которого автоматически регулируется в зависимости от силы тока нагрузки, отличающийся тем, что для управления системой реле, служащих для включения и выключения секций регулировочного