Тепловоз Советский патент 1939 года по МПК B60L11/00 H02M5/00 

Существуют тепловозы с электрической передачей от первичного двигателя к ведущим осям, состоящей из сериесных тяговых двигателей и питающего их генератора, возбуждение которого автоматически регулируется в зависимости от силы тока нагрузки.

В предлагаемом тепловозе такого рода для управления системой реле, служащих для включения и выключения секций регулировочного сопротивления в цепи возбуждения генератора или его возбудителя, применена многоконтактная катодная трубка, управляемая электромагнитом, обмотка которого включена в цепь тягового двигателя с целью осуществления работы генератора на нужной характеристике.

На чертеже фиг. 1 изображает схему электрической передачи тепловоза с катодным регулятором напряжений в цепи обмотки возбуждения возбудителя; фиг. 2 - схему передачи с рекуперативным торможением; фиг. 3 - схему узла регулятора; фиг. 4 - схему питания сериесных обмоток тяговых двигателей при рекуперативном режиме; фиг. 5 - схему питания при реактивном тофможении и фиг. 6 - схему работы дизельзлектровоза от аккумуляторкой батареи.

На тепловозе установлен Л нормального типа (фиг. 1), из числа обычно устанавливаемых на дизельэлектровозах, с электрической передачей, но без регулятора, поддерживающего 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 yVIj М..... с серпесными обмотками С, Cg-.-; ток генератора проходит по обмотке сердечника электромагнита ЭМ, в поле которого находится катодный луч электронного коммутатора ЭК.

Возбудитель В служит для питания обмотки Вг возбуждения генератора Г, а для возбуждения возбудителя предусмотрена акку.муляторная батарея А (однако, это не обязательно и возможна работа а от самовозбуждения). Введенные в цегь обмотки BS возбуждения возбудителя секции сопротивлений лреднгзначены для обеспечения нужных изменений напряжения возбудителя, а, тем самым, и напряжения генератора, в зависимости от нагрузки /Яг генератора, т. е. для достижения требуемой скорости 1/,/ (/я).

Ламели электронного коммутатора ЭК разделены на две зоны; основная часть их обслуживает нормальный режим генератора (/я о), меньшая же часть принимает на себя ликвидацию случайно возникающих нестационарных явлений, например, явления обратного тока ().

На пост управление, выведена рукоятка, управляющая одновременно подачей топлива в дизель и включением наборов сопротивлений.

Для автоматической работы дизельэлектровоза в пределах нормальной мощности дизеля необходимо осуществление зависимости Fl/ const (где F - сила тяги и V - скорость поезда) и необходимой для этого зависимости У7-/Яг const.

Регулятор может осуществлять любую функциональную связь между 1яг И напряжением Vr генератора через его ток /в возбуждения благодаря управляемым секциям сопротивлений регулятора, введенным в цепь возбуждения возбудителя.

Предположим, что регулятор настроен на осуществление требуемой зависимости FV const (и, следовательно, /Ягиг const) и что дизельэлектровоз преодолевает определенное сопротивление движению поезда, развивая при этом силу тяги F. Осуществление этой силы тяги требует определенной силы тока 1яг, соответствующей определенному напряжению генератора, что требует определенного числа оборотов двигателя; при этом поезд будет иметь некоторую скорость V, которая, благодаря регулятору, будет связана с Е выражением Fl/ const, 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 FI. Этот изменившийся ток через регулятор воздействует на напряжение возбудителя таким образом, что вновь устанавливается 1/г/Яг const; изменение Vr влечет изменение скорости поезда до некоей скорости V, снова отвечающей соотнощению ViFi VF. 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 FI и создавая при этом соответствующую скорость Vi, то при неизменном в рассматриваемый отрезок времени сопротивлении движению поезда (и, следовательно, FI const) регулировка оборотов в сторону повыщения скорости поезда невозможна, так как это потребовало бы от дизеля развития ббльщей мощности, чем он был бы в состоянии дать, ибо он уже работает на полной мощности. Следовательно, при этих условиях возможно лищь снижение скорости поезда.

Так как Б рассматриваемый отре зок времени сопротивления движению поезда остаются постоянными, то и тяговое усилие F также остается постоянным, а это значит, что и сила тока /я,- должна быть постоянной, независимо от скорости поезда. Скорость же поезда (обороты двигател.ей) определяется только величиной напряжения генератора Уг, изменяя которое (в данном случае в сторону уменьщения) 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 i, относительным смещением секций сопротивлений, 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 переключения 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 осуществляется с поста управления рукояткой, управляющей подачей топлива в цилиндры дизеля и одновременно блокированным с данной рукояткой 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 - на независимое питание или на питание от цепи тяговых двигателей и применяют компрессор, сцепляемый при рекуперативном тормол ении 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 Л1у 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 P« 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 рекуперативном 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, Со... 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 возбудителя

заменяется самовозбуждением от специальной сериесной обмотки, направление включения которой таково, чтобы было сохранено то же самое направление вращения генератора, что и в нормальном режиме. В этом режиме цилиндры дизеля работают, как первые ступени компрессора со степенью сжатия е 4-5 (причем топливные клапаны дизеля бездействуют). Сжатый до 4-5 атм. воздух из цилиндров дизеля переходит в нижнюю ступень компрессора, где воздух сжимается до 20-25 атм., а затем в верхнюю ступень компрессора, где воздух окончательно дожимается до 100-110 атм. Сжатый до такого давления воздух собирается в особом резервуаре Ре (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 мащины (-детандера), а электрическая передача при этом продолжает осуществлять 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, возбудитель же отцепляют от вала генератора, а вспомогательный двигатель, служащий для привода возбудителя, включают на аккумуляторную батарею. С этой целью в схему (фиг. 5), по сравнению с первой схемой (фиг. 1), введены следующие элементы: 1) аккумуляторная батарея А значительной емкости с напрян ением 500-600 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 возбудитель вращается вместе с генератором, а следовательно, вместе с ними вращается и вспомогательный электродвигатель, цепь которого однако при этом разомкнута, отчего он на общем валу представляет лищь незначительное механическое сопротивление; 4) контакторы, переключающие сериесные обмотки тяговых двигателей на независимое возбуждение от возбудителя и 5) контроллер (на схеме не показанный), осуществляющий в определенной последовательности переход с нормального режима на регенеративный.

В течение нормального режима работа этой схемы не отличается от работы первоначально описанной схемы (фиг. 1). При этом электромагнитная муфта замкнута, цепь вспомогательного двигателя разомкнута и контроллер стоит в положении, обеспечивающем нормальный режим, т. е. работу по схеме (фиг. 3).

В регенеративном режиме дизель и генератор остановлены; электромагнитная муфта разомкнута, цепь вспомогательного электродвигателя замкнута на определенную секцию аккумуляторной батареи и приводит в движение возбудитель, который питает сериесные обмотки тяговых машин, переводя их тем на независимое возбуждение.

В этом режиме основная обмотка электромагнита ЭМ подключается к силовой цепи параллельно, благодаря чему регулятор действует в зависимости от изменяющегося напряжения на зажимах тяговых машин.

Основным тормозным режимом является электрическое торможение при ходе поезда под уклон, когда требуется путем тормозного эффекта поддержание некоторых оборотов на постоянном уровне.

Предположим, что напряжение регенерируемого тяговыми машинами тока на несколько вольт выше суммарного напряжения аккумзляторной батареи, которая, вследствие этого, заряжается током определенной, величины. Если обороты увеличатся, то напряжение на зажимах тяговых

машин возрастет как от повышения оборотов, так и от увеличения их тока возбуждения, так как возбудитель также увеличит при этом свои обороты. Результатом этого явится повышение силы тока и, следовательно, увеличение тормозного )екта, отчего обороты снизятся до первоначального уровня. Таким образом, тормозной режим будет протекать вполне устойчиво.

Однако, в виду того, что напряжение на зажимах тяговых машин в регенеративном режиме может иметь значение в довольно широких пределах, а для нормальной зарядки аккумуляторной батареи необходима незначительная (в несколько вольт) разность напряжений (между батареей и заряжающими генераторами), предусмотрено устройство, автоматически устанавливающее их напряжения примерно на одном уровне.

Для этого аккумуляторная батарея разделена на секции с определенным числом пластин в каждой секции, последовательное включение разного числа коих определяет различное суммарное напряжение получаемой таким образом батареи.

Регулятор, действующий в зависимости от напряжения тяговых мащин, в этом режиме управляет сильноточными реле, заставляя их надлежащим образом включать или выключать определенные секции аккумуляторной батареи. В пределах отдельных ступеней должен протекать описанный выще режим устойчивого регенеративного торможения.

Кроме того регулятор может одновременно управлять секциями сопротивлений в цепи возбуждения возбудителя таким образом, чтобы в пределах отдельных ступеней создавать режим, благоприятный для зарядки аккумуляторной батареи, причем вид этой зависимости должен быть установлен экспериментальной проверкой. Регулировка тормозного эффекта протекает за счет вспомогательного тока iv (фиг. 5) с помощью реостата / в его цепи и переключателя П его направления или за счет регулировки тока возбуждения возбудителя.

При регулировке током 1у происходит отклонение луча в катодной трубке ЭК на ламель, отвечающую требуемой величине напряжения аккумуляторной батареи.

Перевод дизельэлектровоза на работу 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 ЭМ питается только от вспомогательного тока 4, 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 но схеме фиг. 5 с той разницей, что электромагнит ЭМ подключен к силовой цепи последовательно. Здесь наборы сопротивлений в цепи возбуждения возбудителя подбирают таким образом, чтобы в комбинации с величинами регулируемых гапряБ ений аккумуляторной батареи у тяговых двигателей была создана примерно гиперболическая характеристика.

Экспериментальная проверка должна указать, какой из этих двух приемов окажется более приемлемым.

Предмет изобретения.

1. Тепловоз с электрической передачей от первичного двигателя к ведущим осям, состояа1ей из 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

сопротивления в цепи возбуждения генератора или его возбудителя, применена многоконтактная катодная трубка, управляемая электромагнитом, обмотка которого включена в цепь тягового двигателя, с целью осуществления работы генератора на нужной характеристике.

2. Способ перевода тепловоза по п. 1 на рекуперативное торможение, при котором тяговые двигатели используются в качестве генераторов, питающих генератор, работающий в моторном режиме, отличающийся тем, что генератор включают на самовозбуждение по схеме сериесной машины, двигатели - по схеме с независимым возбуждением от возбудителя генератора, а электромагнит катодной трубки - на независимое

питание или на питание от цепи тяговых двигателей.

3.В тепловозе по п. 1 применение компрессора, сцепляемого при рекуперативном торможении с валом первичного двигателя при помощи муфты.

4.Способ перевода тепловоза по п. 1 на реактивное торможение, отличающийся тем, что генератор выключают из электрической схемы, тяговые двигатели, включенные по схеме независимого возбуждения, включают на аккумуляторную батарею для зарядки последней, возбудитель же отцепляют от вала генератора, а вспомогательный двигатель, служащий для привода возбудителя, включают на аккумуляторную батарею.

М,

Oi

o

CM

vo

iO

о p-l

и о fq Ф Ч p-i

ей

fc

S6

Н-

се ( ., I 1 W,%w.;