Види електричних передач

Найбільш широке розповсюдження на вітчизняних тепловозах отримала електрична передача постійного струму, в якій використовуються тягові електричні машини тільки постійного струму (рис. а).

На тепловозах великої потужнос­ті останніми роками широко застосо­вують електричну передачу змінно-постійного струму (рис. б). У переда­чі такого типу використовуються син­хронний тяговий генератор змінного струму і тягові електродвигуни постійного струму. Двигуни постійного струму дозволяють найпростіше отримати оптимальну тягову характеристику тепловоза. Змінний струм, що виробляється синхронним тяговим генератором, випрямляється за допомогою спеціальної випрямної установки.

Прагнення спростити конструкцію тягових електродвигунів, понизити їх масу і вартість, підвищити надійність роботи, звести до мінімуму потребу в їх обслуговуванні і ремонті привело до створення для тепловозів передачі змінно-змінного струму (рис. в). У такій передачі застосовуються і тяговий генератор, і тягові електродвигуни змінного струму.

Асинхронні електродвигуни змінного струму значно простіше по конструкції, легше, дешевше за електродвигуни постійного струму такої ж потужності. У них відсутні колектор і щітковий апарат, які ненадійні в експлуатації, тому виключаються часті огляди, знижуються витрати праці на обслуговування і ремонт.

Проте для регулювання швидкості руху тепловоза з тяговими електродвигунами змінного струму необхідно міняти частоту струму, що підводиться до двигунів. Найбільш досконалі перетворювачі частоти змінного струму, засновані на використанні керованих напівпровідникових вентилів (тиристорів), які мають велику вартість. Перетворення частоти струму пов'язане з втратами енергії, що понижує загальний ККД передачі.

Електричними передачами постійного струму обладнані маневрові тепловози ТЭ1, ТЭМ1, ТЭМ2, магістральні вантажні тепловози ТЭЗ, М62, 2ТЭ10Л, 2ТЭ10В і пасажирські тепловози ТЭП10, ТЭП60. На кожній секції цих тепловозів встановлено по одному тяговому генератору постійного струму, що приводиться в дію дизелем. Секція тепловоза відповідно до числа колісних пар обладнана шістьма тяговими електродвигунами. Кожен електродвигун приводить в обертання через зубчасту передачу одну колісну пару локомотива.

Потужність тягового генератора і тягових електродвигунів визначається потужністю дизелів.

Так, номінальна потужність тягового генератора тепловоза ТЭ1 з дизелем потужністю 736 кВт (1000 к. с.) складає 700 кВт, кожного тягового електродвигуна - 98 кВт. Номінальна потужність генератора тепловозів типів ТЭ10, ТЭП60, обладнаних дизелями потужністю 2210 кВт (3000 к. с.), відповідно збільшена до 2000 кВт, а тягового електродвигуна - до 305 кВт.

Електрична передача змінно-постійного струму отримала застосування на вантажних тепловозах 2ТЭ116, 2ТЭ121, пасажирських тепловозах ТЭП70 і ТЭП75, а також на експортних тепловозах ТЭ109. Кожна секція цих тепловозів обладнана синхронним тяговим генератором змінного струму і шістьма тяговими електродвигунами постійного струму. Змінний струм, що виробляється синхронним генератором, перетворюється в постійний (з незначною пульсацією) за допомогою випрямної установки, яка зібрана з силових напівпровідникових (кремнієвих) вентилів.

Перехід на тягові генератори змінного струму викликаний обмеженими можливостями збільшення потужності генераторів тепловозів постійного струму. Як показав досвід будови і експлуатації нових тепловозів, генератори змінного струму володіють і цілим рядом інших переваг - мають меншу масу, надійніші в експлуатації, простіші в обслуговуванні і ремонті. Навіть з урахуванням необхідності застосування досить дорогих за вартістю випрямних установок використання генераторів змінного струму є виправданим на тепловозах з дизелями потужністю 2210…2940 кВт (3000-4000 к. с.) і більше. Генератори змінного струму успішно конкурують з генераторами постійного струму при секційній потужності до 2210 кВт (3000 к. с.). І лише на тепловозах потужністю менше 1470 кВт (2000 л. с.) генератори постійного струму знаходять як і раніше переважне застосування. Проте у міру вдосконалення напівпровідникової техніки, зниження вартості виготовлення випрямлячів тягові генератори змінного струму поширюватимуться все ширше.