Реостатное торможение с независимым возбуждением тягового двигателя.

Для реостатного торможения с независимым возбуждением необходимо, как и для реостатного торможения с самовозбуждением, реверсировать ТД и замкнуть его на тормозной резистор. Для данного типа торможения производят реверсирование только обмоток возбуждения, так как они запитываются от постороннего источника (возбудителя). В качестве возбудителя может быть использовано:

- вращающийся преобразователь и управляемый выпрямитель (ЭТ2 и их аналоги);

- тяговый трансформатор и управляемый выпрямитель (ВЛ80С, ВЛ80Т);

- аккумуляторная батарея затем ступень тормозного резистора и импульсный преобразователь (ЧС2Т, ЧС6, ЧС200).

Так как обмотки возбуждения тяговых двигателей имеют малое сопротивление и число витков, то особенностью возбудителя является низкий уровень напряжения на выходе (до 100 В), но значительные токи (до 1000 А).

Запишем уравнение для тока, протекающего по тормозному контуру:

.

ТД создает тормозную силу

В = СФ×I_я.

Совмещая приведенные выше формулы, получим:

.

Из формулы следует, что при постоянном магнитном потоке, а при независимом возбуждении это возможно, т.е. при постоянном токе возбуждения, тормозная сила прямо пропорциональна скорости движения. Наклон характеристики к оси скорости зависит от величины тормозного резистора.

Если выразить магнитный поток из первой формулы и подставить его в формулу для тормозной силы, то получим:

.

Числитель этого выражения представляет собой мощность электрического торможения. Т.е. при постоянной мощности (постоянном тормозном токе) тормозная сила обратно пропорциональна скорости движения.

Таким образом, для реостатного торможения с независимым возбуждением можно построить два семейства характеристик: для постоянного тока якоря и постоянного тока возбуждения. На характеристики накладываются ограничения. Кроме ограничений, характерных для системы самовозбуждения (V_max, е_max, Р_max, B_сц) для системы независимого возбуждения добавляется ограничение по максимальному току возбуждения I_вmax.

Из характеристик следует, что для поддержания максимально возможной тормозной силы необходимо в зоне высоких скоростей поддерживать постоянный ток якоря, в зоне низких скоростей – постоянный ток возбуждения и в зоне средних скоростей – постоянную тормозную силу.

Рассмотрим, как изменяются тормозная сила, мощность торможения, тормозной ток и ток возбуждения во всем диапазоне тормозных характеристик. Допущением при рассмотрении указанных зависимостей является отсутствие потерь мощности в ТЭД и тяговой передаче.

Зона низких скоростей. Поддерживается постоянство магнитного потока:

CФ = const Þ I_в = const;

СФ×V = I_я×(R_я + R_т) Þ Þ I_я º V;

Þ B º V;

Þ P º V².

Зона средних скоростей. Поддерживается постоянство тормозной силы:

В = const;

Þ Þ ;

Р = В×V Þ P º V;

Þ Þ .

Зона больших скоростей. Поддерживается постоянство мощности торможения:

P = const Þ I_я = const;

Р = В×V Þ Þ ;

СФ×V = I_я×(R_я + R_т) Þ Þ .

Временные диаграммы построены из предположения, что регулирование тормозной силы происходит за счет тока возбуждения. При наличии возможности регулирования величины тормозного резистора в зоне низких скоростей появляется дополнительный диапазон, в котором ток якоря поддерживается на постоянном уровне. Так как ток возбуждения постоянен, постоянной будет и тормозная сила. Мощность реостатного тормоза при этом продолжает спадать пропорционально скорости.

В случае наличия ограничения по максимальному напряжению на коллекторе (по коммутации) реализуемый закон регулирования тормозной силы будет выглядеть как показано на рисунке. Поддерживать в зоне средних скоростей тормозную силу, близкую к силе сцепления следует для систем, стремящихся самоликвидировать юз (индивидуальное включение якорей ТД на тормозной резистор или надежная противоюзовая защита). В остальных случаях следует поддерживать постоянство тормозной силы.

Все указанные выше законы регулирования возможно осуществить только с помощью системы автоматического регулирования тормозной силы. Подобные системы имеются на электровозах серии ЧС, ВЛ80С, электропоездах ЭТ и ЭД.

К недостаткам реостатного торможения с независимым возбуждением следует отнести потребление электроэнергии в режиме торможения, усложнение схемы силовых цепей и невозможность параллельного включения ТД за счет сильного разброса характеристик (поэтому рекомендуется включать каждый ТД на персональный резистор). Кроме этого система не может обеспечить торможение до остановки, так как тормозной ток пропорционален скорости и при малых скоростях торможение становится неэффективным.

Достоинством указанной системы реостатного торможения является возможность автоматизировать процесс регулирования тормозной силой за счет изменения тока возбуждения во всем диапазоне скоростей.