РАЗДЕЛ 2
АНАЛИЗ УСЛОВИЙ РАБОТЫ ТЯГОВЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ ПРИ ПИТАНИИ ОТ КОНТАКТНОЙ СЕТИ
2.1. Особенности режима питания тяговых электродвигателей рудничных контактных электровозов
Работа тяговых двигателей электровозов при питании от контактной сети в условиях подземного электровозного транспорта отличается от работы электрических двигателей последовательного возбуждения в системах непрерывного питания. Эти отличия обусловлены тем, что при питании через токосъемные контакты токоприемника возникают перерывы в подаче напряжения в цепь тяговых двигателей. Частота возникновения перерывов электропитания и их продолжительность носят случайный характер и зависят от типа применяемых токоприемников.
Нарушения питания, обусловленные отрывами токосъемных контактов от контактного провода, в обычных системах контактного электропитания приводят либо к полному прерыванию тока, потребляемого электровозом, либо сопровождаются электрическими разрядами в виде электрической дуги [32]. Появление электрической дуги вызывает существенное уменьшение напряжения тяговых двигателей во время нарушения токосъемных контактов и представляет опасность в шахтах, опасных по газу, так как является источником, способным вызвать воспламенение взрывоопасной газообразной среды в случае ее образования в откаточной выработке.
Для обеспечения безопасного применения системы контактного электропитания в шахтах, опасных по газу, необходимо осуществить ряд мер, среди которых важную роль играет применение устройств подавления электрических разрядов при токосъеме. При наличии таких устройств каждое нарушение токосъемного контакта приводит к полному прерыванию тока, потребляемого электровозом. Закон изменения напряжения питания тяговых двигателей без учета случайного разброса указанных величин, можно представить как последовательность прямоугольных импульсов.
На рис.2.1 приведены графики напряжения тяговых двигателей при питании от шахтной контактной сети при использовании токоприемников различных типов.
Рис. 2.1 Напряжение тяговых электродвигателей в системе контактного электропитания при использовании токоприемников: шарнирно-рычажного (а), с упругими элементами (б), гибкого (в), конструкции НГУ (г)
Среднее значение напряжения питания двигателей находится в пределах 56,81-93,67% от напряжения контактной сети в зависимости от типа применяемого токоприемника [33] (табл.2.1).
Таблица 2.1
Среднее напряжение тяговых двигателей при работе в системе
контактного электропитания в шахтных условиях
Конструкция токоприемникаСреднее напряжение двигателей
в % от напряжения контактной сетиРычажный с упругими элементами56,81Шарнирно-рычажный жесткий74,1Гибкий86,5Конструкции ДГИ93,67
Ввиду того, что цепь тяговых двигателей обладает индуктивностью, с учетом наличия шунтирующих элементов, закон изменения тока во внутренних цепях электровоза существенно отличается от закона изменения напряжения двигателей.
При исследовании системы контактного электропитания существенными являются следующие вопросы, связанные с прерывистым характером напряжения питания двигателей [34]:
- влияние прерывистости напряжения, подаваемого на тяговые двигатели, на производительность электровозного транспорта и специфические требования, налагаемые условием обеспечения заданной производительности на систему контактного электропитания;
-пределы колебаний основного магнитного потока тяговых электродвигателей, вызванные пульсирующим характером тока двигателя, и ограничения, возникающие в системе контактного электропитания в связи с пульсациями основного магнитного потока;
- принципиальные решения, позволяющие улучшить работу тяговых двигателей в подземных условиях в системе контактного электропитания, и оценка эффективности и целесообразности применения этих решений.
В тяговых электродвигателях постоянного тока последовательного возбуждения шахтных электровозов прерывистый характер напряжения питания вызывает значительно большие колебания магнитного потока, чем в двигателях постоянного тока при других способах возбуждения, так как МДС возбуждения изменяется в этих двигателях прямо пропорционально току якоря [35, 36]. Значительная продолжительность паузы напряжения, обусловленной особенностями системы контактного электропитания, способствует значительному увеличению пульсаций тока тяговых двигателей и ухудшению условий их работы по сравнению со случаями их применения в других известных системах электропривода, например, в системах импульсного управления тяговыми электродвигателями шахтных электровозов [4]. В двигателях последовательного возбуждения при перерыве питания наблюдается быстрое снижение ЭДС вращения обмотки якоря, что обусловлено спадом магнитного потока из-за снижения значения тока якоря.
2.2. Взаимосвязь между допустимыми изменениями скорости и технологическими параметрами электровозного транспорта.
Время рейса состава определяется выражением [2]:
(2.1)
где tг и tn - время движения соответственно груженого и порожнего составов;
?1 - продолжительность нахождения электровоза в околоствольном дворе за цикл (время маневров);
?2 - продолжительность нахождения электровоза в пункте погрузки;
?3 - продолжительность дополнительных остановок в местах пересечения транспортных магистралей.
Время движения груженого и порожнего составов рассчитывается по формулам:
; (2.2)
где L - длина откатки; ?г и ?n - средняя скорость движения соответственно груженого и порожнего составов.
Диапазон значений L может быть принят в пределах 0,5...6,0 км. Скорость поезда примем равной часовой скорости, что, с учетом возможности использования различных типов тяговых двигателей, составляет величину порядка 10-13км/час [37]. Исходя из (2.2), находим, что в указанном диапазоне значений длины откатки продолжительность дв