Elektrisk transmission (EP) är en metod för all-mode överföring av kraft från en förbränningsmotor till en propulsor , allmänt använd på tunga transportfordon , som involverar omvandling av mekanisk rotationsenergi till elektrisk energi och vice versa, såväl som frånvaron av en stel kinematisk koppling mellan drivkraften och framdrivningen. I allmänhet består den alltid av en draggenerator och en eller flera dragmotorer . Den utför funktionen av en transmission och löser uppgifter som liknar dem för en transmission: bildande av en hyperbolisk dragkarakteristik , rörelse framåt och bakåt, start, frånkoppling av drivmotorn och framdrivningsenheten för att drivmotorn ska gå på tomgång. [1] EP:s räckvidd: stadsbussar, gruvdumprar, tunga larvtraktorer (tankar), diesellokomotiv och växlingslok, marina motorfartyg (dieselelektriska fartyg, turboelektriska fartyg), kärnkraftsdrivna sjöfartyg (inklusive kärnkraftsfartyg) ubåtar).
Funktionsprincip Den
mekaniska rotationsenergin som genereras av förbränningsmotorn, som är den så kallade "primärmotorn" för vilken EP som helst, överförs till draggeneratorns ankare, där den omvandlas till elektrisk energi. Elektrisk energi överförs i sin tur via kablar till dragmotorer, där den omvandlas tillbaka till mekanisk rotationsenergi för slutlig överföring till framdrivningsfordonet. I processen för generering och överföring kan elektrisk energi i EP:n omvandlas i termer av dess nuvarande styrka och spänning utan att ändra effekten, vilket vid behov gör det möjligt att bilda en hyperbolisk dragkraftsegenskap för själva transportmaskinen med nästan alla externa hastighetsegenskaper hos drivmotorn.
Styrning
[2] I vilken EP som helst är det möjligt att använda 4 typer av regulatorer: kraftregulator för traktionsgenerator; draggenerator excitationsregulator; regulatorer för strömomvandlare; regulatorer för excitation och rotationsriktning för drivmotorer. Draggeneratorns effektregulator bestämmer dess rotationshastighet och dess effekt i kW förknippad med denna speciella frekvens. (egentligen är denna standardregulator själva drivkraften). De återstående tre regulatorerna tillåter på ett eller annat sätt att ändra styrkan på ström och spänning, och tillhandahåller också växlingselement för EA för att slå på / av och ändra rotationsriktningen för traktionsmotorerna. Om det är nödvändigt att erhålla en hyperbolisk dragkarakteristik, tillhandahålls denna först och främst av traktionsgeneratorns exciteringskontroller, och för det andra av traktionsmotorns exciteringskontroller.
Klassificering av "transparens"
[3] EP kan klassificeras i "transparent" och "ogenomskinlig" i analogi med hydrauliska transmissioner. Detta är en inofficiell klassificering, men den kan hittas i informationsmaterial om EP. I den så kallade "opaka" EP:n överför draggeneratorn elektrisk kraft till traktionsmotorerna med varierande värden på ström och spänning. Sådana transmissioner behövs i första hand på marktransportfordon med fram- och återgående förbränningsmotorer, eftersom de senare inte ensamma kan tillhandahålla ett transportfordon med hyperbolisk dragkraft. I de så kallade "transparenta" kanske det inte finns några regulatorer, förutom kraftregulatorn för traktionsgeneratorn, och endast omkopplingsanordningar för avstängning och backning finns kvar. Sådana överföringar kan användas på fartyg (inklusive ubåtar), på grund av att fartyget inte behöver en hyperbolisk dragkraft.
Strömklassificerare
[4] I rollen som de två huvudelementen i EP - draggeneratorn och dragmotorn - kan roterande elektriska maskiner med både likström och växelström användas. Beroende på typen av ström för traktionsgeneratorn och traktionsmotorerna är EP:er indelade i DC-DC EP:er (eller helt enkelt DC EPs), AC-DC EPs, AC-AC EPs (eller proto AC EPs) och AC-DC EPs. .ström existerar inte. Den mycket specifika typen av elektriska maskiner som används för typen av ström kan vara nästan vilken som helst: kollektor, ventil, synkron, asynkron, andra.
Inkluderar DC-traktionsgenerator och DC-traktionsmotorer. Draggenerator - uppsamlare med oberoende excitation. Elmotorer för dragkraft - kollektor med sekventiell excitation. Vid valfri inställd hastighet hos draggeneratorn styrs dragmotorernas rotationshastighet här på två oberoende sätt: genom att ändra draggeneratorns magnetfält, genom att ändra traktionsmotorernas magnetfält. En eller annan rotationsriktning för traktionsmotorer tillhandahålls vanligtvis genom att ändra strömriktningen i deras magnetiseringslindningar med hjälp av en gruppomkopplare (omvändare). [5]
DC EP är den mest tekniskt tillgängliga, och den första operativa EP:n av transportfordon var just dc EP. Tidiga konstruktioner av icke-transparenta diesellokomotiv likströmsdrivningar hade inte automatiska styrsystem, och föraren var ansvarig för bildandet av den hyperboliska dragkraften hos diesellokomotivet, manuell styrning av exciteringen av generatorn med en separat styrenhet baserad på avläsningarna av voltmetern och amperemetern (Ward-Leonard-kretsen). I mitten av 1940-talet uppträdde automatiska styrsystem för en draggenerator baserat på negativ feedback på strömmen hos dragmotorer (Lemps schema). Sedan mitten av 1950-talet har excitationsstyrning av dragmotorer använts. I Sovjetunionen/Ryssland användes de mest avancerade automatiska styrsystemen på de senaste seriella diesellokomotiven med DC EP, tillverkade fram till början av 2000-talet. I modern teknik används inte elektrisk likström i stor utsträckning på grund av det ogynnsamma förhållandet mellan kollektorgeneratorns massa och värdet av den elektriska kraften som tas emot från den, ankarets relativt låga tillåtna omkretshastigheter och behovet av mer frekvent underhåll av borstuppsamlarenheten. Idag (2020) masstillverkas inte transportfordon (främst diesellok) med DC EP, utan de som tidigare tillverkats är i drift.
Inkluderar AC-traktionsgenerator, likriktare och DC-traktionsmotorer. Transmissionstraktionsgeneratorn är vanligtvis gjord på basis av en flerpolig trefasströmsynkronmaskin med oberoende magnetisering, och dragmotorer är vanligtvis av kollektortyp med serieexcitering. Andra varianter av draggeneratorn (till exempel synkron enfas) och dragmotorer (till exempel ventilmotorer) är också möjliga, men den minsta krusningen av den likriktade spänningen (värden i storleksordningen 6-7%) tillhandahålls av en trefas synkron generator med två statorlindningar förskjutna i förhållande till varandra under 30 e. grader. Likriktaranläggningen är vanligtvis kiselhalvledare. Liksom i fallet med DC EP, vid valfritt inställt varvtal hos draggeneratorn, är styrningen av traktionsmotorernas rotationshastighet möjlig här på två oberoende sätt: genom att ändra det magnetiska fältet hos traktionsgeneratorn och genom att ändra den magnetiska drivmotorernas område. Rotationsriktningen för traktionsmotorer tillhandahålls vanligtvis genom att ändra strömriktningen i deras fältlindningar med hjälp av en gruppomkopplare (omvändare). [6]
AC EP kan arbeta med exakt samma traktionsmotorer och med liknande automatiska styrsystem som DC EP, och dess största skillnad ligger i traktionsgeneratorn. Konstruktionskomplikationen för EP på grund av det obligatoriska behovet av en likriktare beror på fördelarna som användningen av en synkrongenerator ger jämfört med en kollektor DC-generator: nästan hälften av vikten per enhet genererad elektrisk effekt och en fördel i driftsäkerhet . Båda förklaras av designegenskaperna hos roterande elektriska synkronmaskiner, nämligen frånvaron av en borstsamlarenhet i dem, vilket å ena sidan gör att du kan skapa generatorer med högre omkretshastigheter på rotorytan, vilket innebär att göra draggeneratorn mer kompakt och lättare på samma gång, samma effekt, och å andra sidan ökar tillförlitligheten av strömuppsamlingen. Högre tillåtna rotationshastigheter för synkrona generatorer gör det också möjligt att ansluta dem till höghastighetsprimärmotorer, såsom gasturbiner, utan växellåda, vilket innebär betydande besparingar i vikten av en dieselgenerator. [7]
AC-DC EP blev möjlig först med tillkomsten av relativt lätta och pålitliga kisellikriktare. De är fortfarande aktuella (2020), och i en ogenomskinlig version används de i stor utsträckning på många tunga transportfordon, från gruvdumprar till stora fartyg. De är huvudtypen av EP för moderna seriella huvudlinjer och tunga växlingsdiesellokomotiv av rysk produktion.
Inkluderar AC-traktionsgenerator, AC-traktionsmotorer. Med tanke på typen av roterande elektriska maskiner som används har AC EA inte en kanonisk form, både på grund av bristen på storskalig tillämpning bekräftad av driftpraxis och på grund av de olika operativa kapaciteterna som den eller den kombinationen av elektriska maskiner ger, som kan vara asynkron, synkron, ventil . Den enklaste AC EP består av en synkron traktionsgenerator och asynkrona traktionsmotorer. En sådan EA kommer att vara genomskinlig, och vridmomenten på drivgeneratorns axel och drivmotorn kommer att vara proportionella. Bildandet av en hyperbolisk dragkraftskarakteristik med ett sådant schema är svårt, men det är tillämpligt antingen där detta inte är nödvändigt eller i kombination med en turboaxelgasturbinmotor. Mer komplexa växelströmsförsörjningar kan inkludera en omvandlare som består av en likriktare och en växelriktare, och anta en dubbel omvandling av typen av ström: från AC till DC och tillbaka till AC. En sådan ED kan vara "ogenomskinlig" och ge ett transportfordon med en hyperbolisk dragkraft, vilket potentiellt gör att den kan användas på diesellokomotiv med dieselförbränningsmotorer. Andra system är också möjliga, inklusive de som använder ventildrivmotorer. [6] [8]
Elektrisk växellåda ger bekväm förändring av frekvensen och rotationsriktningen vid utgången, smidig start, samt distribution av kraft till flera drivande hjul / axlar; generatoraggregatet kan placeras var som helst i fordonet, oavsett placeringen av traktionsmotorerna och begränsar inte (inom flexibiliteten hos kablarna som förser elmotorerna) rörelsen hos elmotorerna i förhållande till generatorn, vilket avsevärt ökar enkelhet och tillförlitlighet hos den mekaniska delen.
Samtidigt har alla elektriska transmissionskomponenter en stor massa, och deras tillverkning förbrukar en stor mängd icke-järnmetaller, främst koppar , som har blivit mycket dyrt på 2010 -talet .