Торможение поездов с помощью электродвигателей
Что такое электродинамическое торможение на локомотивах и электропоездах? Да помимо пневматических тормозов электровозы и современные тепловозы оборудованы электрическим торможением. А называется оно – реостатное и рекуперативное. Как это торможение работает?
В этой статье рассмотрим электродвигатели постоянного тока. Так как они установлены на большей части электровозов, электропоездов как постоянного, так и переменного тока. Любой электродвигатель имеет якорь с коллектором, имеющим свою обмотку в пазах, который вращается в остове двигателя, а в остове (статоре) расположена еще одна обмотка – обмотка возбуждения. По обмотке якоря и по обмотке возбуждения протекает ток, а как известно вокруг каждого проводника с током образуется магнитное поле, возникает электродвижущая сила – ЭДС. Вот силовые линии магнитных полей якоря и обмотки возбуждения складываются и вращают якорь электродвигателя. Но если обмотку якоря обесточить, а ток в обмотке возбуждения оставить то якорь будет вращаться в магнитном поле обмотки возбуждения – тогда электродвигатель превращается в генератор. В обмотке якоря будет наводится ЭДС. В этом случае возникает электродвижущая сила (магнитный поток), направленная против магнитного потока обмотки возбуждения и соответственно против направления вращения якоря, называется эта сила – противо-ЭДС. Проще говоря, тормозная сила. Сила эта очень большая, вот именно она и играет главную роль в электрическом торможении.
В общем тяговые электродвигатели (ТЭД) из режима электродвигателя переводятся в режим генераторов, путем отключения обмотки якоря. Ну а для того, чтобы в ТЭД начал вырабатываться электрический ток, необходимо подключить якорь к какой-нибудь нагрузке – тормозным (балластным) сопротивлениям или к контактному проводу.
Когда подключаются тормозные сопротивления, такое торможение называется – реостатным, а при подключении к контактному проводу – рекуперативным. На электровозах и электропоездах постоянного и переменного тока этот процесс протекает практически одинаково, хотя есть некоторые конструктивные различия.
Все переключения в соответствующие режимы осуществляются с пульта управления контроллером машиниста, через соответствующие электропневматические контакты в силовой цепи локомотива, величина тормозной силы регулируется. Работа данных систем требует серьезной защиты от перегрузок и обязательного соблюдения некоторых условий, например, должно обеспечиваться равенство потоков возбуждения всех ТЭД, что способствует равномерному распределению нагрузок между двигателями при торможении и рельсы должны быть сухими. Также необходимо интенсивно охлаждать тормозные сопротивления.
При рекуперативном торможении ток вырабатываемый ТЭД подается в контактную сеть. На электровозах постоянного тока вырабатываемый ток является постоянным, поэтому сразу может поступать в контактную сеть. А вот с переменным током посложнее, ток на двигателях постоянный, а в контактном проводе переменный. Поэтому рекуперативное торможение на электровозах переменного тока применяется только при наличии выпрямительно-инверторных преобразователей (ВИП). Все современные электровозы переменного тока работатют на таких преобразователях.
При обычном режиме тяги переменный ток проходя через тиристоры в ВИПах преобразуется в постоянный и также, используя свойства тиристров, регулируется. При рекуперативном торможении ток проходит процесс инвертирования, т.е., проходя через тиристоры из постоянного преобразуется в переменный и поступает в контактную сеть. Применение рекуперации дает большой эффект. На отдельных участках с крутыми спусками может быть сэкономлено до 20% электроэнергии.
При любом электрическом торможении на спусках можно обеспечивать постоянную скорость состава, не применяя пневматические тормоза, особенно на затяжных спусках. Частые торможения пневматикой истощают тормозную магистраль, скорость сначала уменьшается, а затем снова растет и необходимо опять применять тормоза, снижается коэффициент трения колодок вследствие их нагревания. Благодаря электрическому торможению значительно уменьшается износ тормозных колодок и колес подвижного состава. В пассажирских поездах обеспечивается плавность хода поезда и комфортность пассажиров, в грузовых исключаются сильные реакции, которые происходят при торможении и отпуске пневматических тормозов. Ну а на электропоездах в пригородном сообщении и в метро электрическое торможение играет главенствующую роль. Также и современные тепловозы оборудуются системами реостатного торможения.
