Назначение и условия работы вспомогательных машин.

По назначению вспомогательные машины локомотивов можно разделить на несколько групп.

1. Машины – регуляторы, выполняющие основные функции по регулированию энергетической цепи тепловоза. К этой группе относятся многообмоточные возбудители постоянного тока специального исполнения. Они принимают сигналы по различным параметрам энергетической цепи (напряжение и ток тягового генератора, скорость дизеля и т.п.) и, управляя возбуждением главного генератора в соответствии с этими сигналами, обеспечивают нужную характеристику передачи. На отечественных и некоторых зарубежных тепловозах для этой цели используются возбудители с расщепленными полюсами.

2. Машины, передающие сигналы от тиристорных и магнитных усилителей к системе возбуждения генератора. Для этой цели используются возбудители постоянного или переменного тока.

3. Машины переменного тока, питающие силовые обмотки магнитных усилителей (подвозбудители). Эти машины обычно имеют повышенную частоту (400 Гц) с целью уменьшения размеров магнитных усилителей и самой машины.

4. Машины, осуществляющие обратную связь по частоте вращения дизеля (тахогенераторы), соединенные с валом.

5. Машины – источники питания цепей управления и вспомогательных цепей. Вспомогательные генераторы работают параллельно с аккумуляторной батареей и питают цепи управления аппаратов, задающие обмотки возбудителей и магнитных усилителей, а также вспомогательные двигатели, цепи освещения и сигнализации. На некоторых локомотивах устанавливают генераторы для питания электрического отопления пассажирских поездов. Генераторы управления ЭПС (электроподвижного состава) служат для питания низковольтных цепей управления, освещения и подзарядки аккумуляторной батареи. Мотор-генераторы необходимы для питания обмоток возбуждения тяговых двигателей при электрическом торможении; их устанавливают только на электровозах с рекуперативным торможением.

6. Электродвигатели вспомогательных агрегатов (мотор-вентиляторы и мотор-компрессоры). Мотор-вентиляторы предназначены для подачи охлаждающего воздуха в тяговые двигатели, а на некоторых электровозах и тепловозах также в пусковые и тормозные сопротивления. Мотор-компрессоры обеспечивают питание сжатым воздухом пневматических тормозов, работу электрических аппаратов с пневматическим приводом.

7. Пусковые электродвигатели (стартер-генераторы). На тепловозах с гидравлической и механической передачами, а также с тяговыми генераторами переменного тока для пуска дизеля применяют двигатели постоянного тока, питающиеся от аккумуляторной батареи. На электровозах постоянного тока обычно все электродвигатели вспомогательных машин питаются постоянным током. К контактной сети может быть непосредственно подключен каждый двигатель или два последовательно включенных двигателя, например двигатели вентиляторов. Двигатели также могут питаться от специального преобразователя (делителя напряжения), дающего напряжение, величина которого отличается от напряжения контактной сети. При питании электродвигателей непосредственно от контактной сети возникают трудности с обеспечением надежной коммутации, так как повышается среднее напряжение между смежными коллекторными пластинами. Наибольшие трудности возникают при переходных режимах, во время пуска электродвигателей или при резких колебаниях напряжения на токоприемнике. Эти процессы обычно сопровождаются значительными бросками тока, которые могут вызывать сильное искрение под щетками или даже круговой огонь по коллектору. При последовательном включении двух двигателей обеспечить их устойчивую коммутацию несколько легче, поскольку напряжение на зажимах каждого двигателя понижается вдвое. Недостаток этой системы заключается в том, что при выходе из строя одного из последовательно соединенных двигателей необходимо отключить всю группу двигателей. При питании электродвигателей через специальный преобразователь обеспечивается более легкая коммутация всех двигателей, но увеличивается общее количество оборудования и снижается надежность всей системы, повышаются вес машин и их стоимость. В связи с этим система вспомогательных машин, питающихся непосредственно от контактного провода, получила распространение на всех отечественных электровозах постоянного тока, а также на электровозах ЧС1, ЧС2 и ЧСЗ. Номинальным напряжением для двигателей вспомогательных машин в зависимости от характера их включения является номинальное напряжение на токоприемнике или номинальное напряжение, разделенное на число машин, которые включены последовательно постоянно.

Как и все электрооборудование электровозов, двигатели вспомогательных машин подвержены воздействию чрезмерных перенапряжений, возникающих в контактной сети. Их величина может достигать 10...15кВ, а в отдельных случаях даже 30кВ при продолжительности воздействия 1000...5000 мкс. Вспомогательные генераторы тепловозов приводятся во вращение непосредственно от коленчатого вала дизеля через специальные редукторы, а электродвигатели запитываются от вспомогательных генераторов, тяговых генераторов или генераторов собственных нужд. При расположении вспомогательных машин в кузове улучшается защита от пыли, влаги и других внешних воздействий. Однако при этом повышается температура окружающего воздуха за счет теплоты, выделяемой работающим в кузове оборудованием. При работе электровоза превышение температуры воздуха в кузове над температурой наружного воздуха может составлять 30°С и более.

Электродвигатели компрессоров работают в режиме повторно-кратковременных включений, частота и длительность цикла которых зависят от расхода сжатого воздуха и режима тяги поезда электровозом. При поездной работе электровоза в среднем бывает 5 – 10 пусков в час.
Это предъявляет жесткие требования к коммутационной устойчивости и перегрузочной способности электродвигателей компрессоров. По опыту эксплуатации рабочий режим электродвигателя компрессора соответствует ПВ = 30%, но при определении его мощности за расчетный принимают режим при ПВ = 50% с циклами включения и отключения по 5 мин.

Электродвигатели вентиляторов и генераторы управления обычно работают в длительном режиме. Пуск электродвигателей вентиляторов также сопровождается резкими бросками тока, достигающими семикратного номинального значения. Поэтому двигатели вентиляторов часто остаются включенными не только при движении электровоза, но и на остановках. Режим работы мотор-генератора является кратковременным и определяется длительностью рекуперативного торможения. В зависимости от условий эксплуатации продолжительность рекуперативного торможения может составлять 5...25% общего времени движения по перегону. При этом максимальная длительность работы в режиме рекуперации не должна превышать 30...40 мин. Пуск мотор – генератора также очень затруднен, так как величина броска тока при пуске иногда в 5 – 7 раз превышает ток установившегося режима.