Рекуперативное торможение

Общие сведения.При рекуперативном торможении тяговые двигатели работают в генераторном режиме, при этом вырабатываемая ими энергия отдается обратно в тяговую сеть. Эта энергия может быть использована поездами, находящимися на линии, или возвращена в пер­вичную сеть. Рекуперативное торможение применяется как для торможения на спусках, так и для остановки подвиж­ного состава, хотя последнее связано с определенными техническими трудностями.

Для осуществления рекуперативного торможения необ­ходимо, чтобы сумма э. д. с. тяговых двигателей в гене­раторном режиме при последовательном их соединении была выше напряжения контактной сети, т. е.

(27)

Ток и скорость подвижного состава при рекуперации соответственно:

(28)

(29)

Характеристики рекуперативного торможения могут быть построены, если известна зависимость магнитного потока от тока рекуперации СФ_г = f(I_Р). Указанная зави­симость для каждой системы возбуждения двигателей постоянного тока (последовательной, параллельной, сог­ласно-смешанной и встречно-смешанной) имеет свой ха­рактер.

Рассмотрим характеристики рекуперативного тормо­жения для тяговых двигателей различных систем возбуж­дения.

Торможение при двигателях последовательного воз­буждения.На рис. 6 представлены зависимости СФ_г = f(I_Р) при постоянной скорости v = const и суммы (U_KC + I_рr) = f(I_Р) двигателя последовательного возбуждения.

Рис. 6. К определению электрической устойчивости двигателей последовательного возбуждения (а) и встречно-смешанного (б) при рекуперативном торможении

Переходный процесс при рекуперативном торможении описывается уравнением

(30)

отсюда

(31)

где L – индуктивность цепи рекуперативного торможения.

В режиме рекуперации действующей будет э, д. с. рекуперирующего тягового двигателя СФ_гv, а противо­действующей - сумма напряжения контактной сети и падения напряжения в двигателе . Следовательно, условие электрической устойчивости можно представить в виде

(32)

Или

(33)

На рис. 6, а, где представлены зависимости для дви­гателя последовательного возбуждения, точка а₁ соот­ветствует электрическому равновесию, но оно неустойчиво. Если произойдет случайное уменьшение тока I_p1, э. д. с. станет меньше суммы , а , что приведет к еще большему уменьшению тока I_P. Этот процесс приведет к перемагничиванию тягового двигателя. Если произойдет случайное увеличение тока I_p1, э. д. с. станет больше суммы , и ток будет расти до тех пор, пока не станет равным I_p2, т. е. система достигнет точки а₂ электрического равновесия. Равновесие будет устойчивым, но ток рекуперации I_p2 может превышать допустимый по коммутации ток двигателя.

Чтобы система была электрически устойчивой, необ­ходимо, чтобы внешняя характеристика рекуперирующей машины СФ_Г v – I_Pr = f(I_Р) была падающей. Поэтому гене­ратор последовательного возбуждения, у которого э. д. с. растет с увеличением тока намного быстрее, чем падение напряжения I_Pr является электрически неустойчивым. По этой же причине электрически неустойчива в генератор­ном режиме машина согласно-смешанного возбуждения.

Торможение при двигателях встречно-смешанного возбуждения.В режиме рекуперативного торможения двигатель встречно-смешанного возбуждения может ра­ботать устойчиво, так как обладает падающей внешней характеристикой. Точка а (рис. 6, б) пересечения за­висимостей СФ_Гv(I_р) и = f(I_Р) соответствует элект­рическому равновесию. Это равновесие будет устойчиво, так как при увеличении тока на значение +ΔI_P э. д. с. ма­шины становятся меньше величины и . Это приведет к уменьшению тока, т. е. система возвра­щается в точку а электрического равновесия. При любом уменьшении тока на значение -ΔI_P величина , ток начинает возрастать, система стремится к точке а электрического равновесия.

Торможение при двигателях независимого возбужде­ния.При независимом возбуждении м. д. с. не зависит от тока рекуперации. Тормозные характеристики являются жесткими, так как скорость почти не изменяется с изме­нением нагрузки. При некоторой наименьшей скорости v_min и наибольшей м. д. с. рекуперативное торможение прекращается, так как э. д. с. становится недостаточной для того, чтобы уравновесить напряжение сети.

Жесткость характеристик двигателя независимого возбуждения приводит к плохому распределению нагрузок между параллельно работающими двигателями и их повы­шенной чувствительности к колебаниям напряжения сети. Поэтому применяют схемы, позволяющие получать более мягкие характеристики. Одной из таких схем является схема со стабилизирующим резистором R_ст (рис.7). В этой схеме возбудитель В включен последовательно с обмоткой возбуждения ОВ двигателя М и стабилизи­рующим резистором. При увеличении тока в режиме реку­перации будет увеличиваться падение напряжения на ста­билизирующем резисторе и соответственно уменьшаться напряжение на обмотке возбуждения ОВ. Этим дости­гается уменьшение тока возбуждения и соответственно магнитного потока при увеличении тока I_р.

Таким образом, получаем мягкие характеристики, необ­ходимые для осуществления режима рекуперативного тор­можения. При этом могут быть использованы двигатели последовательного возбуждения и статические возбуди­тели.

Для схемы рис. 7 в режиме рекуперации справедливо выражение

. (34)

Откуда

, (35)

Где E_B - э.д.с возбудителя; I_B, I_P – Соответственно ток возбуждения и рекуперации; r_B –сопротивление обмотки возбуждения тягового двигателя; r₀ – внутреннее сопротивление возбудителя.

Рис. 7. Схема рекуперативного торможения двигателя Рис. 8. Характеристики рекуперативного