5. Тяговые, тормозные и токовые характеристики электровоза, их применение в тяговых расчетах.

Тяговая
характеристика
показывает зависимость силы тяги
локомотива Fк
от скорости движения V.
Её строят по скоростной и электротяговой
характеристикам следующим образом: из
электромеханических характеристик,
отнесенных к ободу колеса (рисунок 4.10,
а), определяют скорость движения V₁
и силу тяги F_КД1
при токе Iд₁.
Затем F_КД1
умножают на
число тяговых двигателей или число
движущихся колесных пар и вычисляют по
формуле силу тяги локомотива
:,
где– число тяговых двигателей или число
движущихся колесных пар,– Сила, реализуемая каждой колесной
парой. Значение скорости откладывают
по оси абсцисс графика (рис. 4.10, б), а силу
тяги-
по оси ординат. Аналогично задаваясь
токамиI_Д2,
I_Д3,
находят скорости движения V₂
,V₃
, силы тяги
F_КД2,
F_КД3,
а затем рассчитывают силы тяги Fк₂,
Fк₃
и определяют точки для построения
тяговой характеристики и т. д. Соединив
точки плавной кривой получают тяговую
характеристику.

Каждому
способу возбуждения тягового
электродвигателя соответствует своя
тяговая характеристика. На рисунке 4.11
приведены тяговые характеристики ЭПС
при различных системах возбуждения
электродвигателей.

Тяговые
характеристики ЭПС при использовании
электродвигателей параллельного
возбуждения – жесткие (кривая 2). Тяговые
электродвигатели последовательного
возбуждения имеют разную жесткость в
зависимости от степени насыщения
магнитной системы. При установке
электродвигателей с высоким насыщением
тяговые характеристики имеют большую
жесткость и в зоне высоких скоростей
обеспечивают сравнительно небольшие
силы тяги (кривая 1). Значит в этой зоне
не полностью используется мощность
электродвигателей. Поэтому у современных
электродвигателей предусматривают
сравнительно малое насыщение магнитной
системы и мягкие характеристики (кривая
1`), позволяющие полнее использовать
мощности в зоне высоких скоростей.
Тяговая характеристика при электродвигателях
со смешанным возбуждением – кривая 3.
Рабочая зона на тяговых характеристиках
ограничивается условиями надежности
работы ЭПС. В зоне высоких скоростей
тяговая характеристика (рис. 4.12) ограничена
наибольшей допустимой (конструкционной)
скоростью движения (линия 1). В зоне
больших значений силы тяги она обычно
ограничена или силой тяги. Развиваемой
электродвигателем при наибольшем
допустимом токе по коммутации (кривая
2) или ко условиям сцепления колесных
пар с рельсами (кривая 3).

Тяговые
характеристики восьмиосных электровозов
ВЛ10, ВЛ11^М
Приведены на рисунке 5.21.Характеристики
в зоне наибольших скоростей движения
ограничены конструкционной скоростью
100 км/ч. Чтобы более полно использовать
мощность и сцепной вес электровоза,
нужно развивать по возможности большие
силы тяги. На перечисленных электровозах
они ограничены сцеплением колес с
рельсами. На пассажирских электровозах
и электропоездах наибольшая сила тяги
ограничивается и током, при котором не
нарушается надежная коммутация
двигателей. На рис. 5.23 приведены для
примера тяговые характеристики
пассажирского шестиосного электровоза
ЧС2, которые имеют ограничения по току.

Тормозные
характеристики
электровозов постоянного тока при
рекуперативном торможении

,

,
∑E ≥ Uc

,

,,

,

Магнитный
поток:

Тормозные
характеристики
электровозов переменного тока при
реостатном торможении

,

– тормозная сила двигателя

–тормозная
сила электровоза

На
ВЛ85, 2ЭС5К, ВЛ80Р, ЭП1 применяется
четырехзонное регулирование.

,

– в рекуперативном торможении.-
коэффициент сцепления в режиме тяги.

Ограничение
по коммутации тяговых двигателей
характеризуется параметрами:

,

Токовыми
характеристиками
называют зависимость тока тягового
электродвигателя от скорости движения.
Эти характеристики используют для
определения токов при движении поезда
с различными скоростями. Они необходимы
для оценки использования мощности
тяговых электродвигателей, для определения
расхода энергии на тягу поезда и расчета
элементов системы электроснабжения.
При работе электроподвижного состава
постоянного тока для расчетов необходимы
токовые характеристики, показывающие
зависимость тока ЭПС Iэ
от скорости V.
Токовые характеристики Iэ(V)
строят исходя из скоростных характеристик
тягового двигателя. Для определения
тока ЭПС Iэ
задаются скоростью движения V
и по скоростной характеристике V(Iд)
находят ток тягового электродвигателя
Iд.
Ток, потребляемый ЭПС, равен току Iд,
умноженному на число параллельных цепей
тягового электродвигателей:

,

где
а – число параллельных цепей тяговых
электродвигателей.

Например,
для шестиосного электровоза при
последовательном (С) соединении а_с
= 1, следовательно,
Iэ=
Iд.
При последовательно-параллельном (СП)
– а_сп
= 2 и Iэ=2
Iд,
при параллельном (П) — а_п
= 3 и Iэ=3
Iд.
Токовые характеристики Iэ(V)
шестиосного пассажирского электровоза
ЧС2^Т,
построены на основании скоростных
характеристик V(Iд),
приведены на рисунке 12.1, а.

На
токовые характеристики наносят
ограничивающую линию, которая соответствует
току при наибольшей допустимой силе
тяги электровоза по сцеплению колес с
рельсами или по току тягового
электродвигателя.

Токовые
характеристики электровоза ВЛ10, ВЛ10^У
приведены на рис. 12.2 Их строят на основании
скоростных и электротяговых характеристик
тягового электродвигателя ТЛ-2К с учетом
числа параллельных цепей а_с
= 1, а_сп
= 2, а_п
= 4. Если на этих характеристиках нет
ограничивающих линий, то их определяют
исходя из допустимой силы тяги по
сцеплению. Для этого из тяговой
характеристики электровоза (см. рис.5.22,
а) или по формулам рассчитывают силу
тяги по сцеплению и определяют Fк
сц. Затем разделив её на число движущихся
осей, получаю силы тяги, развиваемые
каждой колесной парой, соединенной с
тяговым электродвигателем Fкд.

Эти
расчеты выполняют для разных скоростей.
Для каждого значения силы тяги Fкд
и скорости V
определяют пусковой ток Iд
из электротяговых характеристик Fкд
(Iд).
Полученное значение Iд
умножают на число параллельных цепей
электродвигателей а и получают значение
Iэ,
которое откладывают при этих скоростях.
В связи с уменьшением силы тяги по
сцеплению в зависимости от скорости
ограничивающие токи Iд
и Iэ
также снижаются.

Тяговые характеристики электровоза.

Локомотив | Определение, история, дизайн, типы и факты

тепловоз

; Сименс, Вернер фон

Смотреть все СМИ

Ключевые люди:

Ричард Тревитик
Джордж Стефенсон
Питер Купер
Джон Стивенс
Эжен Шнайдер

Похожие темы:

Большой мальчик
Бейер-Гаррат
железнодорожная муфта
тендер
электровоз

Просмотреть весь соответствующий контент →

Резюме

Прочтите краткий обзор этой темы

локомотив , любое из различных самоходных транспортных средств, используемых для буксировки железнодорожных вагонов по путям.

Хотя движущая сила поезда может быть встроена в вагон, в котором также есть пассажирские, багажные или грузовые помещения, чаще всего она обеспечивается отдельной единицей, локомотивом, который включает в себя оборудование для производства (или, в случае электровоза, для преобразования) мощности и передачи ее на ведущие колеса. Сегодня есть два основных источника энергии для локомотива: нефть (в виде дизельного топлива) и электричество. Пар, самая ранняя форма движения, использовался почти повсеместно примерно до времени Второй мировой войны; с тех пор он был заменен более эффективной дизельной и электрической тягой.

Паровоз был самодостаточной единицей, у которой был собственный запас воды для производства пара и угля, масла или дров для обогрева котла. Тепловоз также имеет собственный запас топлива, но мощность дизельного двигателя не может быть напрямую связана с колесами; вместо этого необходимо использовать механическую, электрическую или гидравлическую трансмиссию. Электровоз не самодостаточен; он получает ток от воздушного провода или третьего рельса рядом с ходовыми рельсами. Электроснабжение третьего рельса используется только городскими скоростными железными дорогами, работающими на низковольтном постоянном токе.

В 1950-х и 60-х годах газовая турбина была принята на вооружение одной американской и некоторыми европейскими железными дорогами в качестве альтернативы дизельному двигателю. Хотя его преимущества были сведены на нет прогрессом в технологии дизельной тяги и ростом цен на нефть, он по-прежнему предлагается в качестве альтернативного средства для создания высокоскоростного железнодорожного сообщения в регионах, где отсутствует инфраструктура для подачи электроэнергии.

Основные характеристики, которые сделали Rocket 9 Джорджа и Роберта Стефенсонов0036 1829 г. успешный — его многотрубный котел и его система выпуска пара и создания тяги в его топке — продолжали использоваться в паровозе до конца его карьеры. Вскоре количество спаренных ведущих колес увеличилось. Ракета имела только одну пару ведущих колес, но вскоре стали обычным явлением четыре сцепленных колеса, и в конечном итоге некоторые локомотивы были построены с 14 сцепленными машинистами.

Ведущие колеса паровозов были разных размеров, обычно больше для более быстрых пассажирских двигателей. В среднем было около 1829Диаметр –2032 мм (72–80 дюймов) для пассажирских двигателей и 1372–1676 мм (54–66 дюймов) для грузовых или смешанных типов транспорта.

Оформите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту.
Подпишитесь сейчас

Запасы топлива (обычно угля, но иногда нефти) и воды можно было перевозить на самой раме локомотива (в этом случае он назывался танковым двигателем) или в отдельном транспортном средстве, тендере, сцепленном с локомотивом. Тендер типичного европейского магистрального локомотива имел вместимость 9000 кг (10 тонн) угля и 30 000 литров (8 000 галлонов) воды. В Северной Америке были распространены более высокие мощности.

Для удовлетворения особых потребностей тяжелых грузовых перевозок в некоторых странах, особенно в Соединенных Штатах, большее тяговое усилие было получено за счет использования двух отдельных двигателей под общим котлом. Передний двигатель был сочленен или шарнирно соединен с рамой заднего двигателя, так что очень большой локомотив мог преодолевать повороты. Сочлененный локомотив изначально был швейцарским изобретением, первый из которых был построен в 1888 году. 0035 Big Boy , используемый в горных грузовых перевозках на западе США. Big Boy весил более 600 коротких тонн, включая тендер. Он мог развивать тяговое усилие 61 400 кг (135 400 фунтов) и развивать мощность более 6000 лошадиных сил при скорости 112 км (70 миль) в час.

Одной из самых известных сочлененных конструкций был Beyer-Garratt, который имел две рамы, каждая из которых имела собственные ведущие колеса и цилиндры, увенчанные водяными баками. Два шасси разделяла еще одна рама, несущая котел, кабину и запас топлива. Этот тип локомотива был ценен на легко уложенных путях; он также мог преодолевать крутые повороты. Широко использовался в Африке.

Различные доработки постепенно улучшали поршневой паровоз. Некоторые из них включали более высокое давление в котле (до 2000–2060 килопаскалей [290–300 фунтов на квадратный дюйм] для некоторых из последних локомотивов по сравнению с примерно 1300 килопаскалей [200 фунтов на квадратный дюйм] для более ранних конструкций), перегрев, питательная вода. предварительный нагрев, роликовые подшипники и использование тарельчатых (перпендикулярных) клапанов вместо скользящих поршневых клапанов.

Тем не менее, тепловой КПД даже самых совершенных паровозов редко превышал 6 процентов. Неполное сгорание и потери тепла из топки, котла, цилиндров и других мест рассеивают большую часть энергии сгоревшего топлива. По этой причине паровоз устарел, но только медленно, потому что у него были компенсирующие преимущества, в частности его простота и способность выдерживать злоупотребления.

Попытки приведения в движение железнодорожных транспортных средств с помощью батарей датируются 1835 годом, но первое успешное применение электрической тяги было в 1879 году, когда на выставке в Берлине проехал электровоз. Первые коммерческие применения электрической тяги были на пригородных или городских железных дорогах. Один из первых произошел в 1895 году, когда Балтимор и Огайо электрифицировали участок пути в Балтиморе, чтобы избежать проблем с дымом и шумом в туннеле. Одной из первых стран, применивших электрическую тягу на магистральных линиях, была Италия, где система была запущена еще в 1902.

К началу Первой мировой войны в Европе и США действовало несколько электрифицированных линий. Крупные программы электрификации были предприняты после этой войны в таких странах, как Швеция, Швейцария, Норвегия, Германия и Австрия. К концу 1920-х годов почти в каждой европейской стране был хотя бы небольшой процент электрифицированных путей. Электрическая тяга также была введена в Австралии (1919 г.), Новой Зеландии (1923 г.), Индии (1925 г.), Индонезии (1925 г.) и Южной Африке (1926 г.). Ряд столичных вокзалов и пригородных сообщений были электрифицированы в период с 19 по 19 век.00 и 1938 в Соединенных Штатах, и было несколько электрификаций основных линий. Появление тепловоза затормозило дальнейшую электрификацию магистральных маршрутов в Соединенных Штатах после 1938 года, но после Второй мировой войны такая электрификация была быстро распространена в других местах. Сегодня значительная часть колеи стандартной колеи на национальных железных дорогах по всему миру электрифицирована, например, в Японии (100 %), Швейцарии (92 %), Бельгии (91 %), Нидерландах (76 %), Испании ( 76 процентов), Италия (68 процентов), Швеция (65 процентов), Австрия (65 процентов), Норвегия (62 процента), Южная Корея (55 процентов), Франция (52 процента), Германия (48 процентов), Китай (42 процента). процентов) и Великобритании (32 процента). Напротив, в Соединенных Штатах, где имеется около 225 000 км (140 000 миль) путей стандартной колеи, электрифицированных маршрутов практически нет за пределами Северо-восточного коридора, где Amtrak управляет 720-километровым (450-мильным) экспрессом Acela Express между Бостоном и Вашингтоном. , округ Колумбия

Вторая половина века также была отмечена созданием в городах по всему миру множества новых электрифицированных городских систем скоростного железнодорожного транспорта, а также расширением существующих систем.

Преимущества и недостатки

Электрическая тяга обычно считается наиболее экономичным и эффективным средством эксплуатации железной дороги, при условии, что доступна дешевая электроэнергия и плотность движения оправдывает большие капитальные затраты. Являясь просто энергопреобразующими, а не электрогенерирующими устройствами, электровозы имеют ряд преимуществ. Они могут использовать ресурсы центральной электростанции для выработки мощности, значительно превышающей их номинальные характеристики, для запуска тяжелого поезда или для преодоления крутого подъема на высокой скорости. Было замечено, что типичный современный электровоз мощностью 6000 лошадиных сил в течение короткого периода времени в этих условиях развивает до 10000 лошадиных сил. Кроме того, электровозы работают тише других типов и не выделяют дыма и дыма. Электровозам требуется мало времени в цехе для обслуживания, затраты на их обслуживание низки, а срок службы у них больше, чем у дизелей.

Самым большим недостатком электрифицированной эксплуатации являются высокие капитальные вложения и затраты на техническое обслуживание стационарного оборудования — проводов и сооружений тягового тока и электроподстанций, а также дорогостоящие изменения, которые обычно требуются в системах сигнализации для защиты их цепей от помех от электросети. высокие напряжения тягового тока и адаптировать их характеристики к превосходному ускорению и устойчивым скоростям, достигаемым за счет электрической тяги.

Электрические тяговые системы |

Система, использующая электроэнергию для тяговой системы, т. е. для железных дорог, трамваев, троллейбусов и т. д., называется электрической тягой. Электрификация пути относится к типу системы источника питания, которая используется при питании систем электровоза. Это может быть переменный или постоянный ток или композитный источник питания.

Выбор типа электрификации зависит от нескольких факторов, таких как наличие электроснабжения, тип области применения или услуги, такие как городские, пригородные, магистральные и т. д.

Существуют следующие три основных типа систем электрической тяги:

1. Система электрификации постоянного тока
2. Система электрификации переменного тока
3. Композитная система.

1- Система электрификации постоянного тока

Выбор системы электрификации постоянного тока включает в себя множество преимуществ, таких как компактность и вес, быстрое ускорение и торможение электродвигателей постоянного тока, меньшая стоимость по сравнению с системами переменного тока, меньше энергии расход и так далее.

В системе этого типа трехфазная мощность, полученная из электросетей, деэскалируется до низкого напряжения и преобразуется в постоянный ток с помощью выпрямителей и силовых электронных преобразователей.

Этот тип питания постоянного тока подается на транспортное средство двумя различными способами:

• 3-я и 4-я рельсовая система работают при низком напряжении (600-1200 В)
• В подвесных рельсовых системах используется высокое напряжение (1500–3000 В)

В состав систем электроснабжения постоянного тока входят;

• Питание 300–500 В для специальных систем, таких как аккумуляторные системы.
• 600-1200 В для городских железных дорог, таких как трамваи и легкие поезда метро.
• 1500–3000 В для пригородных и магистральных линий, таких как легкое и тяжелое метро.

Благодаря высокому пусковому крутящему моменту и умеренному управлению скоростью двигатели серии постоянного тока широко используются в тяговых системах постоянного тока. Они обеспечивают высокий крутящий момент на низких скоростях и низкий крутящий момент на высоких скоростях.

Преимущества;

• В случае тяжелых поездов, требующих частых и быстрых ускорений, тяговые двигатели постоянного тока являются лучшим выбором по сравнению с двигателями переменного тока.

Блок постоянного тока

• потребляет меньше энергии по сравнению с блоком переменного тока при одинаковых условиях эксплуатации.
• Оборудование в системе тяги постоянного тока дешевле, легче и эффективнее, чем система тяги переменного тока.
• Не вызывает электрических помех в близлежащих линиях связи.

Недостатки;

1. Часто требуются дорогие подстанции.
2. Воздушный провод или третий рельс должны быть относительно большими и тяжелыми.
3. Напряжение продолжает уменьшаться с увеличением длины.

2- Система электрификации переменного тока

Система тяги переменного тока стала очень популярной в настоящее время, и она чаще используется в большинстве тяговых систем благодаря нескольким преимуществам, таким как быстрая доступность и генерация переменного тока, которую можно легкое повышение или понижение, простое управление двигателями переменного тока, меньшее количество требуемых подстанций и наличие легких контактных сетей, передающих малые токи на высокие напряжения, и так далее.

Системы электроснабжения переменного тока включают однофазные, трехфазные и составные системы. Однофазные системы состоят из источников питания от 11 до 15 кВ с частотой 16,7 Гц и 25 Гц для обеспечения переменной скорости коммутационных двигателей переменного тока. Он использует понижающий трансформатор и преобразователи частоты для преобразования высокого напряжения и фиксированной промышленной частоты.

Однофазная 25 кВ при 50 Гц является наиболее часто используемой конфигурацией для электрификации переменного тока. Он используется для систем большой грузоподъемности и магистральных линий, поскольку не требует преобразования частоты. Это один из широко используемых типов составных систем, в которых питание преобразуется в постоянный ток для привода тяговых двигателей постоянного тока.

В трехфазной системе для привода локомотива используется трехфазный асинхронный двигатель, рассчитанный на 3,3 кВ, 16,7 Гц. Система распределения высокого напряжения с питанием 50 Гц преобразуется в эту мощность электродвигателя с помощью трансформаторов и преобразователей частоты. В этой системе используются две воздушные линии, а рельсовые пути образуют еще одну фазу, но это создает много проблем на пересечениях и развязках.

Преимущества;

1. Требуется меньше подстанций.
2. Можно использовать более легкий провод подачи воздушного тока.
3. Уменьшен вес несущей конструкции.
4. Снижение капитальных затрат на электрификацию.

Недостатки;

1. Значительные затраты на электрификацию.
2. Увеличение стоимости обслуживания линий.
3. Воздушные провода дополнительно ограничивают просвет в туннелях.
4. Обновление требует дополнительных затрат, особенно при наличии мостов и туннелей.
5. Железнодорожной тяге нужна иммунная мощность без перебоев.

3- Составная система

Составная система (или мультисистема) поезда используются для обеспечения непрерывного движения по маршрутам, которые электрифицированы с использованием более чем одной системы.