2.4.1 Úplná trakční charakteristika

Transkript

1 Úplná trakční charakteristika Grafické znázornění trakční charakteristiky konkrétního hnacího vozidla obsahuje nejen znázornění F V závislostí ale i další údaje, které jsou potřebné pro posouzení použitelnosti tohoto vozidla v provozu a především pro trakční výpočty. Takovéto pomůcce říkáme úplná trakční charakteristika (UTCh). Tato charakteristika musí obsahovat: 1. grafickou část a. průběhy závislosti F t na V pro všechny nebo stanovené regulační stupně; b. adhezní omezení tažné síly; c. křivku vozidlového odporu při výběhu; d. charakteristiku spotřeby (proudová křivka, křivky konstantní spotřeby paliva a pod. podle vozby); 2. informační část a. označení řady hnacího vozidla, hmotnost a délku přes nárazníky; b. průměr kol, pro které charakteristika platí; c. hodnotu převodu mezi motorem a nápravou; d. maximální dovolenou rychlost; e. u HV motorové vozby dále: typ a výkon spalovacího motoru, spotřeby paliva na jednotlivých regulačních stupních, typ přenosu výkonu, závislost proudu generátoru I g na F o ; f. u HV elektrické vozby dále: napětí v troleji pro kterou platí, hodnotu trvalé a hodinové tažné síly a proudu TM Základní typy trakčních charakteristik Charakteristiky vozidel se stejnosměrnými trakčními motory U stejnosměrných vozidel se stupňovitou odporovou regulací a jednofázových vozidlel s odbočkovou regulací mají trakční charakteristiky podobný tvar. Ten je daný tvarem vlastní charakteristiky trakčního motoru, kterým je stejnosměrný sériový motor.

2 30 Obr. 2.11: Otáčková charakteristika stejnosměrného sériového motoru. Stejnosměrná vozidla se stupňovitou odporovou regulací. U těchto vozidel se provádí regulace třemi základními způsoby: 1. změna napětí na TM skokově změnou vzájemného řazení motorů Tab. 2.4: Způsoby skokové regulace (tm). Čtyřnápravové HV Zapojení: S Všechny TM jsou v sériovém zapojení. Napětí se rovnoměrně rozdělí na jednotlivé motory v poměru U/4. SP Dva TM jsou zapojeny do série (motorová skupina). Ty jsou spojeny paralelně a napětí na TM má hodnotu U/2.

3 31 Šestinápravové HV Zapojení: S Všechny TM jsou v sériovém zapojení. Napětí se rovnoměrně rozdělí na jednotlivé motory v poměru U/6. SP Tři TM jsou zapojeny do série. Ty jsou spojeny paralelně a napětí na TM má hodnotu U/3. P Dva TM jsou zapojeny do série (motorová skupina). Ty jsou spojeny paralelně a napětí na TM má hodnotu U/2. Změna napětí na svorkách trakčních motorů se projeví posunem průběhu otáček v charakteristice motoru. Průběh momentu v závislosti na proudu kotvy se nemění (Obr. 2.12). Obr. 2.12: Změna otáček při změně napětí na svorkách trakčního motoru. (platí U 1 >U 2 ) 2. změna napětí TM v jednotlivých stupních pomocí předřadného odporníku Napětí na svorkách a proud procházející trakčním motorem je závislý na hodnotě předřazeného rozjezdového rezistoru. Při rozjezdu se hodnota rezistoru snižuje, tím roste napětí na TM a jeho charakteristika se mění podle Obr změnou buzení trakčního motoru šuntování

4 32 Za normálních podmínek prochází kotvou i budícím vinutím sériového motoru stejný proud. Tento způsob regulace spočívá v tom, že se snižuje hodnota proudu procházející budícím vinutím paralelním připojením šuntovacího rezistoru k budícímu vinutí motoru. Toto se projeví ve změně průběhu otáček i momentu v závislosti na proudu. Obr. 2.13: Změna průběhu otáček a momentu při změně buzení I B (platí I B1 >I B2 ). Tyto tři způsoby regulace se podílejí na vytváření skupin charakteristických křivek na trakční charakteristice. Z hlediska energetického rozdělujeme jednotlivé regulační stupně na odporové (v obvodu TM je zařazen předřadný rozjezdový rezistor, kde část energie se mění na teplo) a na hospodárné, kdy z obvodu je vyřazen rozjezdový rezistor, tzn., že většina energie se v trakčním motoru přeměňuje na mechanickou práci. K hospodárným patří i stupně s regulací šuntováním. Odporové a hospodárné stupně pro jednotlivé řazení trakčních motorů vytváří skupiny stupňů. Počet těchto skupin je závislý na konstrukci hnacího vozidla a počtu náprav. U čtyřnápravových hnacích vozidel jsou většinou tyto skupiny dvě, u šestinápravových jsou tyto skupiny tři - viz Obr. 2.14a, b. V trakční charakteristice jsou odporové stupně značeny tenčí křivkou, hospodárné stupně silnější linkou. Střídavá vozidla se stupňovitou odbočkovou regulací Základní tvar trakční charakteristiky této skupiny hnacích vozidel vychází stejně jako u předchozí z vlastní charakteristiky trakčního motoru, kde je použitý stejnosměrný sériový motor. Princip těchto hnacích vozidel je na Obr Regulace se realizuje změnou počtu závitů na vinutí trakčního transformátoru a tomu odpovídajícího napětí na svorkách trakčního motoru. Většinou se regulace provádí na primární straně transformátoru. Této regulaci odpovídá i tvar křivek v trakční charakteristice. U tohoto typu regulace nedochází k nehospodárné přeměně energie na teplo. Součástí úplné trakční charakteristiky je i napěťová charakteristika, která udává závislost napětí na trakčním motoru U M a na proudu procházejícím trakčním motorem I M.

5 33 Obr. 2.14a.: Základní tvar Tch čtyřnápravového elektrického stejnosměrného HV se stupňovitou odporovou regulací. (S sériová skupina stupňů, SP sérioparalelní skupina stupňů, Sh šuntovací stupně jednotlivých skupin, I k proudová křivka ). Obr. 2.14b.: Základní tvar Tch šestinápravového elektrického stejnosměrného HV se stupňovitou odporovou regulací. (S sériová skupina stupňů, SP sérioparalelní skupina stupňů, P paralelní skupina stupňů, Sh šuntovací stupně jednotlivých skupin, I k proudová křivka ). Obr. 2.15: Principiální řešení elektrického střídavého HV s odbočkovou regulací. Obr. 2.16: Základní tvar Tch elektrického střídavého HV s odbočkovou regulací.

6 34 Obr. 2.17: Úplná trakční charakteristika lokomotivy 182.

7 35 Elektrická hnací vozidla s plynulou pulsní regulací U HV s tímto principem regulace se používají jako trakční motory cize buzené na vlnivý proud. Celková koncepce těchto HV je na obrázku Obr Dva trakční motory jsou trvale spojeny do série a proud procházející kotvami je regulován kotevním pulsním měničem. Buzení těchto motorů je regulováno budícím pulsním měničem. Budící vinutí všech TM je spojeno do série. Obr. 2.18: Principiální řešení elektrického HV s plynulou pulsní regulací. Charakteristika cize buzených trakčních motorů a plynulá regulace určuje i tvar trakční charakteristiky, kdy průběhy křivek jsou dány regulací napětí a proudů trakčních motorů. Průběh trakční charakteristiky je znázorněn na obrázku Obr Obr. 2.19: Základní tvar Tch elektrického HV s plynulou pulsní regulací.

8 36 Obr. 2.20: Úplná trakční charakteristika lokomotivy 240.

9 37 Obr. 2.21: Úplná trakční charakteristika lokomotivy 351 včetně brzdné charakteristiky.

10 38 Charakteristiky vozidel se spalovacím motorem Tvar trakčních charakteristik těchto hnacích vozidel ovlivňuje jednak rychlostní charakteristika použitého spalovacího motoru, jednak konstrukční řešení zařízení, které realizuje přenos kroutícího momentu z výstupního hřídele spalovacího motoru na obvod kol hnacích dvojkolí. Toto zařízení se označuje jako přenos výkonu. Základní tvar rychlostní charakteristiky spalovacího motoru je na obrázku Obr. 2.21, který zachycuje průběh kroutícího momentu výstupního hřídele motoru na jeho otáčkách. Princip přenosu výkonu je znázorněn na obrázku Obr Obr. 2.21: Princip rychlostní momentové charakteristiky spalovacího motoru. Obr. 2.22: Obecný princip přenosu výkonu. Z hlediska koncepce přenosu výkonu rozlišujeme tři nejpoužívanější způsoby přenosu kroutícího momentu na obvod kol. Mechanický přenos výkonu Přenos výkonu je řešen podobně jako u běžných silničních vozidel. Mezi spalovací motor a hnací dvojkolí je vložena třecí spojka a mechanická, většinou tříhřídelová, převodovka s čelním ozubením. Změnu směru pohybu realizuje reverzní nápravová převodovka. Mechanická převodovka a její zařazený převodový stupeň představuje lineární přenos kroutícího momentu na obvod kol. Proto průběh tažné síly na rychlosti je svým průběhem obdobný průběhu momentu z rychlostní charakteristiky spalovacího motoru. Ukázka charakteristiky hnacího vozidla s tímto přenosem je na obrázku Obr Při zvyšování rychlosti dochází ke skokové změně tažné síly a obálková křivka je značně odlišná od ideální trakční hyperboly.

11 39 Obr. 2.23: Základní tvar Tch hnacího vozidla s mechanickým přenosem. Hydrodynamický přenos výkonu Tento přenos výkonu využívá pro přenos kroutícího momentu převodovky sestavené z hydraulických strojů jako jsou hydrodynamický měnič a hydrodynamická spojka. Ty svou charakteristikou, která je zobrazena na obrázku Obr. 2.24b, c, ovlivňují základní průběhy tažné síly, které jsou přímkového charakteru. Vlastní přenos je složen z několika strojů s různými charakteristikami, které se postupně při zvyšující se rychlosti zapojují do činnosti. Základní tvar trakční charakteristiky, představující přenos sestavený ze tří hydrodynamických měničů, je na obrázku Obr Svým tvarem se obálková křivka této charakteristiky již více přibližuje ideální trakční hyperbole. a) b) c) Obr. 2.24: Charakteristiky hydrodynamických strojů. a) princip přenosu, b) spojka, c) měnič

12 40 Obr. 2.25: Základní tvar Tch hnacího vozidla s hydrodynamickým přenosem výkonu. Elektrický přenos výkonu Přenos kroutícího momentu je zprostředkován pomocí elektrické energie vyrobené generátorem připojeným na výstupní hřídel spalovacího motoru. Tato energie pohání trakční motory spojené pomocí ozubeného převodu s hnacími nápravami. Princip přenosu je znázorněn na obrázku Obr Tvar obalové křivky trakční charakteristiky i průběhů tažných sil na dílčích regulačních stupních se přibližují k tvaru ideální trakční hyperboly. Tato vlastnost přispívá k tomu, že tento přenos výkonu se používá pro hnací vozidla o vysokých výkonech spalovacího motoru. Základní tvar trakční charakteristiky je na obrázku Obr Obr. 2.26: Princip elektrického přenosu výkonu.

13 41 Obr. 2.27: Základní tvar Tch hnacího vozidla s elektrickým přenosem výkonu.