Системы торможения, применяемые на электроподвижном составе

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Министерство транспорта Российской Федерации

Федеральное агентство железнодорожного транспорта

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Омский государственный университет путей сообщения (ОмГУПС)

Кафедра «Подвижной состав. Локомотивы.»

Системы торможения, применяемые на ЭПС

Тематический реферат по дисциплине

«Подвижной состав железных дорог (Электрический транспорт)»

Студент гр.73ЛТ

М.Г.Щелканов

02.03.2016

Руководитель -

преподаватель кафедры

С. Г. Истомин

Омск 2016

Содержание

Введение

1. Сущность электрического торможения и условия его осуществления

2. Реостатное торможение

3. Рекуперативное торможение

4. Реостатно-рекуперативное торможение

5. Динамическое торможение

6. Реверсивное торможение

Заключение

Введение

На э. п. с. применяют как рекуперативное, так и реостатное торможение.

Рекуперативное торможение с энергетической точки зрения является наиболее выгодным, так как отданная в сеть электрическая энергия полезно используется другими электровозами или электропоездами. На тепловозах применять рекуперативное торможение нельзя, так как отсутствует приемник электрической энергии.

Реостатное торможение может быть использовано, если оборудовать тепловозы реостатами для гашения электрической энергии.

Преимуществом электрического торможения является значительно меньшая склонность колес к заклиниванию (юзу) при больших значениях тормозной силы, чем при механическом торможении, и способность к самозащите колес от юза. В этом случае юз, как правило, проявляется в форме частичного проскальзывания колес по рельсу без резкой потери сцепления, как это имеет место при механическом торможении.

Реостатное торможение основано на способности тяговых двигателей работать в генераторном режиме, при котором выделяемая ими электрическая энергия поглощается в резисторах. Существуют несколько способов осуществления реостатного торможения на электроподвижном составе. Одним из них является реостатное торможение с последовательным возбуждением тяговых двигателей, осуществленное, в частности, на партии электровозов ЧС2Т выпуска 1965 г. (заводской тип 53Е). Однако наряду с определенными преимуществами (отсутствие возбудителя, независимость процесса торможения от наличия напряжения в контактной сети, возможность использования пусковой аппаратуры для переключения тормозных ступеней) такой способ торможения имеет ряд недостатков, влияние которых на эффективность реостатного тормоза, в особенности пассажирских электровозов, весьма существенно.

1.Сущность электрического торможения и условия его осуществления

Тяговые двигатели при электрическом торможении работают в генераторном режиме. Создаваемый ими при этом вращающий момент стремится задержать вращение связанных с двигателями колесных пар, чем и достигается эффект торможения. Электрическое торможение применяют для подтормаживания и регулирования скорости движения поездов на спусках, а также для остановки поездов или снижения скорости. Электроэнергия, вырабатываемая в процессе электрического торможения, может быть поглощена в резисторах локомотива (реостатное торможение) или передана в контактную сеть (рекуперативное), а так же используют реверсивное торможение -- торможение противотоком и динамическое торможение, при котором обмотка статора асинхронного двигателя отключается от сети переменного тока и включается на постоянное напряжение.

При электрическом торможении устраняется возможность нагрева колодок и бандажей при торможении на затяжных спусках, а также появления значительного количества пыли от тормозных колодок, загрязняющей электрооборудование и путь. Кроме того, снижаются износы бандажей вдвое и эксплуатационные расходы по смене тормозных колодок, осмотру и ремонту тормозной системы, существенно облегчается управление тормозным процессом, который может быть легко автоматизирован. В случае рекуперации еще обеспечивается и экономия энергии, расходуемой на движение поезда. На одном электровозе ВЛ80Р можно сэкономить в год 8--10 тыс. руб. только на тормозных колодках.

Благодаря отсутствию нагревания бандажей и колодок электрическое торможение по сравнению с механическим обеспечивает иа затяжных спусках большую надежность, так как всякое повышение скорости вызывает автоматическое увеличение тормозной силы и, наоборот, понижение скорости -- уменьшение тормозной силы. В связи с этим допустимая скорость движения на спусках при электрическом торможении может быть выше, чем при механическом. Повышение скоростей движения делает применение электрического торможения уже необходимым, так как с ростом скоростей эффективность механического торможения падает при одновременном резком усилении износа колодок и бандажей.

Эффективность электрического торможения зависит от степени приближения реализуемых тормозных сил к их максимальным значениям, определяемым ограничивающими параметрами локомотива, т. е. от правильности выбора схемы силовых цепей электрического тормоза, удобства и простоты управления тормозным процессом, скорости перехода из тягового в тормозной режим и степени автоматизации регулирования тормозной силы.

В СССР рекуперативное торможение впервые было осуществлено в 1932 г. на электровозах С° и ВЛ19-01, а реостатное торможение -- в 1934 г. на электровозах ВЛ19. Рекуперативное торможение наиболее широко применяют на магистральных грузовых электровозах для подтормаживания поездов при движении на затяжных спусках: оно установлено на отечественных электровозах постоянного тока ВЛ22, ВЛ22М, ВЛ8, ВЛ10, ВЛ10У, ВЛ11 и др. Меньшее распространение получило рекуперативное торможение на электровозах переменного тока вследствие ряда технических трудностей, связанных с его осуществлением. В СССР система рекуперативного торможения впервые была разработана для электровозов переменного тока с ионными преобразователями -- опытная партия электровозов ВЛбО11. Построены электровозы ВЛ60кр, ВЛ80Р с тиристорными преобразователями и рекуперативным торможением. Рекуперация на железных дорогах СССР в 1989 г. позволила сэкономить 1622,5 млн. кВт * ч электроэнергии

Реостатное торможение в СССР применяют на электровозах ВЛ80Т, ВЛ80С с бесконтактным автоматическим регулированием тормозного процесса, электровозах ВЛ82М, ЧС2Т, ЧС4Т и ЧС4 с № 002 по 011 и ЧС4 с № 161, ЧС200, ЧС6, ЧС7, ЧС8 и др. Система рекуперативно-реостатного торможения с использованием рекуперации в области высокой и средней скорости и реостатного торможения в области низкой скорости в СССР применена на электропоездах ЭР22 и ЭР22М, ЭР2Р. ЭР2Т.

За рубежом на электропоездах и скоростных электровозах широко применяют реостатное торможение. На грузовых электровозах применяют как рекуперативное, так и реостатное торможение.

Система электрического торможения должна обладать следующими свойствами: электрической устойчивостью, при использовании рекуперации на затяжных спусках -- механической устойчивостью, распределять нагрузку между тяговыми двигателями по возможности равномерно, допускать минимальные изменения нагрузки двигателей при колебаниях напряжения в контактной сети, быть надежной и удобной при управлении.

Под электрической устойчивостью понимают способность системы стремиться к установившемуся режиму и автоматически поддерживать его при всевозможных отклонениях. Выполнение этого условия является важным требованием, так как в противном случае быстро протекающие электрические процессы приводят к ненормальным режимам работы и срабатыванию защиты.

Под механической устойчивостью понимают способность системы торможения развивать такие тормозные силы, которые стремятся привести ее к установившейся скорости движения и автоматически восстанавливать эту скорость при всевозможных отклонениях.

2.Реостатное торможение

Реостатное торможение (реостатный тормоз) -- вид электрического торможения, при котором электроэнергия, вырабатываемая тяговыми электродвигателями, работающими в генераторном режиме, поглощается на самом подвижном составе в тормозных резисторах.

В режиме реостатного торможения тяговые электродвигатели, как правило, отключаются от контактной сети, а их обмотки возбуждения реверсируются и подключаются к независимому источнику. Обмотки якорей в свою очередь замыкаются на тормозные резисторы. Основное преимущество данного вида торможения перед рекуперативным, заключается в его независимости от напряжения контактной сети, так как потребитель электрической энергии размещён на самом подвижном составе. Благодаря этому реостатное торможение можно применять не только на электровозах и электропоездах, но и на любом другом подвижном составе с тяговыми электродвигателями, например на тепловозах. Также реостатное торможение возможно применять в достаточно большом диапазоне скоростей, из-за чего им оборудованы многие скоростные (например российский ЭР200) и высокоскоростные поезда, в том числе электропоезда TGV и ICE. Основной же недостаток реостатного тормоза -- дополнительный вес от оборудования (возбудитель, тормозные реостаты) и некоторое усложнение конструкции. Также нужен возбудитель и тормозной переключатель, а вместо тормозных реостатов нужны добавочные резисторы, что с точки зрения сложности конструкции почти одно и то же, при том, что отсутствует экономия в электроэнергии.

Преимущества реостатного торможения перед торможением колодками:

меньший износ колодок и меньший риск их перегрева

начавшийся юз происходит куда более щадящим образом -- колесная пара продолжает вращаться, хотя и медленнее, чем требовалось бы для безюзового движения, в то время как при торможении колодками возможна и полная остановка пары

процесс линейный, зависимость тормозного момента от положения органа управления -- линейная, что крайне упрощает создание автоматики торможения и снижения скорости, такой как автоматика МВПС ЭР2Р (ЭР2T), а также аппаратура БУРТ электровозов ВЛ80. Зависимость же тормозного момента от давления в магистрали для пневматического тормоза сильно нелинейна.

Реостатный тормоз редко применяют на электровозах постоянного тока, ибо там весьма несложна и схема рекуперативного тормоза, однако проблемы рекуперативного торможения в пассажирских локомотивах и в электровозах переменного тока привели к тому, что производились пассажирские электровозы постоянного тока (ЧС2Т, ЧС6, ЧС7) и грузовые электровозы переменного тока (ВЛ80Т и ВЛ80С) с реостатным торможением.

На советских магистральных железных дорогах реостатный тормоз впервые был применён на электровозе ПБ21 (1933), впоследствии стал применяться и на ВЛ19. В настоящее время реостатный тормоз активно применяется на подвижном составе трамвая, метрополитена, магистральных и промышленных электровозах (ЧС2т, ЧС6, ВЛ80Т и ВЛ80С), пригородных и междугородних электропоездах (ЭР9Т, ЭР200), а также на тепловозах (2ТЭ116, ТЭП70).

На электропоездах постоянного тока чаще используют рекуперативно-реостатное торможение -- гибрид реостатного и рекуперативного видов торможения.

3. Рекуперативное торможение

Рекуператимвное торможемние -- вид электрического торможения, при котором электроэнергия, вырабатываемая тяговыми электродвигателями, работающими в генераторном режиме, возвращается в электрическую сеть.

Рекуперативное торможение широко применяется на электровозах, электропоездах, современных трамваях и троллейбусах, где при торможении электродвигатели начинают работать как электрогенераторы, а вырабатываемая электроэнергия передаётся через контактную сеть либо другим электровозам, либо в общую энергосистему через тяговые подстанции.

Аналогичный принцип используется на электромобилях, гибридных автомобилях где вырабатываемая при торможении электроэнергия используется для подзарядки аккумуляторов. Некоторые контроллеры двигателей электровелосипедов реализуют рекуперативное торможение.

Проводились также эксперименты по организации рекуперативного торможения других принципов на автомобилях; для хранения энергии использовались маховики,пневматические аккумуляторы (англ.), гидроаккумуляторы и другие устройства.

Рекуперативным торможением на железнодорожном транспорте (в частности, на электровозах и электропоездах, оборудованных системой рекуперативного торможения) называется процесс преобразования кинетической энергии движения поезда в электрическую энергию тяговыми электродвигателями (ТЭД), работающими в режиме генераторов. Выработанная электрическая энергия передается в контактную сеть (в отличие от реостатного торможения, при котором выработанная электрическая энергия гасится на тормозных резисторах, то есть преобразовывается в тепло и рассеивается системой охлаждения). Рекуперативное торможение используется для подтормаживания состава в случаях, когда поезд идет по относительно некрутому уклону вниз, и использование воздушного тормоза нерационально. То есть, рекуперативное торможение используется для поддержания заданной скорости при движении поезда по спуску. Данный вид торможения дает ощутимую экономию энергии, так как выработанная электрическая энергия передается в контактную сеть и может быть использована другими локомотивами на данном участке контактной сети.

Рекуперативное торможение имеет следующие проблемы, которые требуют особого учета при разработке схемы электровоза для их решения:

а) тормозной момент пропорционален не скорости, а разности между скоростью и «скоростью нейтрали», зависящей от настройки системы управления электровоза и напряжения контактной сети. Так, при скорости ниже нейтрали ТЭДы будут тянуть, а не тормозить. Таким образом, при скорости вблизи нейтрали даже небольшие (в процентах) скачки напряжения сети сильно меняют упомянутую разность, а с ней и момент, и приводят к рывкам. Правильное проектирование схемы электровоза снижает этот фактор.

б) при параллельном включении якорей рекуперирующих ТЭД схема может получиться неустойчивой при боксовании и склонной к «сваливанию» в режим, когда один ТЭД работает в моторном режиме, питаясь от второго ТЭДа, работающего как генератор, что подавляет торможение. Решение: включение обмоток возбуждения крест-накрест от «чужого» ТЭД (см. схемы ВЛ8 и ВЛ10).

в) необходимы меры защиты против короткого замыкания контактной сети или на самом электровозе. Для этого используются быстродействующие контакторы, срабатывание которых вызывает в схеме переходный процесс, перемагничивающий обмотки возбуждения ТЭД и ликвидирующий таким образом остаточную намагниченность статора (возбуждения генерации от которой может быть вполне достаточно для перегрева или пожара в случае КЗ в сети).

Ранее рекуперативным торможением оборудовались электровозы постоянного тока ввиду простоты метода переключения ТЭДов в режим генератора (в СССР схема появилась ещё на сурамском поколении электровозов, например, ВЛ22 и с незначительными изменениями применялась до ВЛ11 включительно, в ней решены все три описанные выше проблемы). В электровозах переменного тока существует проблема, которая заключается в преобразовании выработанного постоянного электрического тока в переменный и синхронизация его с частотой тягового тока, эта проблема решается с помощью тиристорных преобразователей. Электровозы переменного тока, созданные до использования тиристорных инверторов (ВЛ60, ЧС4 и ЧС4Т, а также все поколения ВЛ80, кроме ВЛ80Р) не имели возможности рекуперативного торможения.

Рекуперативное торможение редко используется в пассажирском движении, по крайней мере на «классических» до-тиристорных электровозах вроде ВЛ10 и ВЛ11 из-за возникновение ощутимых рывков при переключении тормозной рукоятки локомотива со ступени на ступень, а также при скачках напряжения контактной сети. Большинство пассажирских локомотивов той поры вовсе не имели этой возможности.

Кроме того, рекуперативное торможение, как и реостатное, сжимает состав и создает удар от сжатия сцепных устройств.

Тем не менее рекуперативное торможение широко применяется на моторвагонном подвижном составе (МВПС) постоянного тока (ЭР2Р, ЭР2Т и более поздние электропоезда). В отличие от поездной работы, в МВПС обычно постоянен вес поезда (его почти никогда не переформируют), а также намного выше тяговооружённость. Это сильно упрощает создание автомата управления рекуперативным торможением.

Рекуперативное торможение на постоянном токе требует переоборудования тяговых подстанций. Как минимум возможно рассеяние энергии на стационарных резисторах в случае изменения направления тока в фидерах ПС (при этом сохраняется возможность использования энергии рекуперации для тяги другого поезда на этом же участке, что важно при тяжелом профиле пути). Как максимум -- необходима установка инверторов.

Рекуперативное торможение на железнодорожных локомотивах может использоваться для подтормаживания в экстренных аварийных случаях при отказе воздушного тормоза. В частности, имеются сведения о неоднократном применении машинистами рекуперативного торможения на крутом участке Ерал -- Симская (Челябинская область). Следует отметить, что штатное торможение на локомотивах производится стравливанием воздуха (стоп-кран в пассажирских вагонах), а при полном отсутствии в системе воздуха тормоза блокируются.

4. Реостатно-рекуперативное торможение

Рекуператимвно-реостамтное торможемние -- разновидность электрического торможения, при котором в процессе изменения скорости последовательно сменяются или накладываются одно на другое рекуперативное и реостатное торможения. Для повышения плавности тормозного процесса, в местах перехода тормозные характеристики перекрываются. Основное преимущество данного вида торможения заключается в том, что в этом случае расширяется область скоростей применения электрического торможения и его эффективность. Данный тип электрического торможения получил широкое распространение среди пригородных электропоездов постоянного тока (например ЭР2Р, ЭР22,ЭТ2).

электрический торможение электровоз

5. Динамическое торможение

Динамическое торможение (электродинамическое торможение) -- вид торможения асинхронных электродвигателей, при котором обмотка статора отключается от сети переменного тока и включается на постоянное напряжение.

Этот тормозной режим используется для точной остановки двигателей. Во время торможения обмотка статора создаёт постоянное неподвижное магнитное поле. При вращении ротора относительно этого магнитного поля изменяется направление ЭДС ротора. При этом ток ротора будет зависеть от сопротивления в цепи ротора (если таковое имеется). Это приведет к изменению направления электромагнитного момента, то есть он станет тормозным и под действием этого момента происходит торможение. Кинетическая энергия вращающихся частей переходит в теплоту, выделяющуюся в цепи ротора за счет токов, индуктированных в ней неподвижным полем статора. Изменяя величину подведенного к обмотке статора напряжения либо сопротивление в цепи ротора, можно регулировать величину тормозного момента. Основными достоинствами этого тормозного режима являются возможность регулировать момент торможения и возможность точной остановки. Кроме этого данный режим позволяет поддерживать постоянную скорость вращения при приложенной внешней нагрузке. Постоянное напряжение можно подводить к обмотке статора только на время торможения. После остановки двигатель нужно отключить от сети постоянного тока.

Данный вид торможения применяется, например, в подъёмно-транспортных машинах, в циркулярных пилах, в двухсистемных электровозах, в конвейерах для безопасной остановки механизмов при отключении электродвигателей и т. д.

6. Реверсивное торможение

Реверсивное торможение -- вид торможения, при котором тормозной момент создаётся за счёт изменения направления тяги двигателя на противоположный движению.

По сравнению с другими видами торможения, реверсивное позволяет сохранить высокую тормозную силу вплоть до остановки, что заодно позволяет исключить применение дотормаживания. Помимо этого, оно отличается высокой надёжностью, так как упрощается тормозная система. В то же время, несвоевременное отключение реверсивного торможения после остановки транспортного средства (автомобиль, поезд и т. д.) может привести к движению в обратную сторону. Помимо этого, данный режим работы двигателей близок к аварийному, да и сами двигатели в этом момент могут потреблять больше энергии.

Так называемое противотоковое торможение, торможение противовключением является одной из разновидностей электрического торможения, при котором тормозной момент в тяговых электродвигателях создаётся за счёт реверсирования их обмоток возбуждения. Таким образом возникают силовые моменты, которые направлены в сторону, противоположную направлению вращения их роторов.

Основная проблема противотокового торможения в том, что ток в этот момент может быть вдвое больше токакороткого замыкания, что может привести к повреждению двигателей, или срабатыванию аппаратов защиты, которые отключат двигатели от цепи. Из-за этого реверсивное торможение практически невозможно применять при больших скоростях движения. Также оно не используется на электроподвижном составе постоянного тока, а если и применяется, то как аварийное при малых скоростях движения (10--15 км/ч) и лишь на первой позиции контроллера (последовательно соединённые ТЭД с полностью введёнными пусковыми сопротивлениями).

На электроподвижном составе переменного тока реверсивное торможение может применяться как штатное при малых скоростях движения. Особенно это удобно на электровозах с импульсным регулированием (ВЛ80р, ВЛ85, ВЛ65, ЭП1), где переход с рекуперативного торможения на реверсивное осуществляется изменением угла открытия тиристоров статического преобразователя.

Заключение

Особое преимущество электрического торможения заключается также и в том, что управление тормозным процессом существенно облегчается так как может быть достаточно легко автоматизировано.

Благодаря возможности получения механически устойчивой характеристики и 5 стабилизации скорости, а также тому, что тормозные колодки и бандажи колесных пар находятся в холодном состоянии и связанному с этим повышению эффективности экстренного механического торможения, допустимая скорость движения на спусках при электрическом торможении выше, чем при механическом.

Построение системы электрического торможения зависит, в основном, от вида тормозного процесса (торможение на спусках или остановочное), вида потребления электроэнергии (рекуперативное, реостатное, рекуперативно-реостатное), способа возбуждения двигателей в генераторном режиме (независимое, самовозбуждение), способа регулирования тормозного процесса (стабилизация скорости, тормозной силы, тормозного тока и т.д.)

Размещено на Allbest.ru